DICOM医学图像文件格式解析与应用研究综述

1DICOM医学图像文件格式解析与应用研究综述黄丹妮（天津医科大学医学影像学院07影技班2007093107）摘要：由于生产医学影像设备的国内外厂商众多，其产品遵守DICOM3．0标准的程度也各不相同，而DICOM3．0是一个不断扩充和扩展的标准，因此，在进行医学影像处理应一用开发时，一般只能针对特定厂商的设备进行数据采集和处理，不大可能开发出一个能读取和显示所有医学影像设备中的DICOM格式图像的工具软件，除非国内外所有生产医学影像设备的制造商都严格遵守DICOM3．0标准的规定。论文主要探讨了DICOM3．0标准的产生经过及DICOM医学图像文件格式的大致组成。通过对DICOM图像文件的剖析，基本解决了医学影像应用开发的数据接31问题，为进一步针对医学影像处理应用的研究和开发提供了数据准备。关键词：DICOM3.0标准PACS系统医学图像文件格式TheOverviewofresearchontheFileformatAnalysisandApplicationofDICOMDanniHuang（schoolofTianjinMedicalUniversity,07class2,NO.2007093107）Abstract:Becousethrerearemanytheproductionofdomesticandforeignmanufacturersofmedicalimagingequipmentcompanies,theirproductsforadherencetostandardsofthedegreeDICOM3.0aredifferent.butDICOM3.0isexpandingandtheexpansionofastandard.thearticleismainlytodiscussesthegenerationafterDICOM3.0standardDICOMmedicalimagefileformatandthegeneralcomposition.ThroughanalysisofDICOMimagefiles,basicallysolvedthemedicalimagingapplicationdevelopment,dataaccess31problem,forfurtherprocessingapplicationsformedicalimagingresearchanddevelopmentprovidesthedatapreparation.Keywords:DICOM3.0standardization;PACSsystem;formatofMedicalimagefile一．引言从20世纪90年代初开始，随着计算机技术、通信技术以及网络技术的发展，图像分析和处理以及PACS(PictureArchivingandCommunicationSystem)在临床诊断、远程医疗以及医学教学中发挥着越来越重要的作用。PACS是近年来随着数字图像处理技术、计算机和网络技术的进步而迅速发展起来的，旨在全面解决医学图像的获取、显示、存储、传输以及管理的综合系统。它主要包括医学图像数据获取、海量数据存储管理、图像处理和显示、数据库管理以及用于图像数据传输的局域或广域网络等多个方面。而保证PACS成为全开放式系统的重要网络标准和通信协议则是DICOM3．0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine3．0)，PACS要解决的技术问题之一是统一各种数字化影像设备的图像数据格式和数据传输标准，。DlCOM3．0就是一种新的数字成像和通信的标准，只要遵照这个标准就可以通过PACS沟通不同厂家生产的不同种类的数字成像设备。目前活跃在国内外医学成像设备市场上的主要生产商以国外公司为主，如GE、Siemens等，国内如东大阿尔派等也生产CT等设备，但占据国内医学成像设备的市场份额较少，而各国外公司出于市场竞争以及商业利益等方面的考虑，基本不会公布各自成像设备中的图像文件格式，各个公司垄断着各自开发的有关医学图像处理应用的开发和销售，所有影像学资料均对外保密。另一方面，这些公司又占据着国内医学成像设备的绝大多数市场份额。虽然DlCOM3．0标准的出现一定程度上缓解了这种技术壁垒，各公司一方面声称自己的设备遵循这个标准，而另一方面基于商业机密的考虑又或多或少设置一些技术障碍，并不完全遵循这个标准。这就为国内从事医学图像应用的众多开2发商带来很大难题，同时，就国内大多医疗单位而言，往往不会只购买一家公司的医学成像设备，常常是CT设备购买一个公司的产品，而MRI设备则可能会购买另外一个公司的产品，且购买时间段往往不同，而DlCOM3．0标准每年都会公布一些修改和扩充，国外公司由于是在针对自己生产的设备的基础上进行相关的应用软件开发，因而他们在进行PACS等项目开发时就具有了得天独厚的便利，而这种情势对国内众多PACS开发商而言则无异于梦魇。鉴于此，本文试图对DICOM文件格式进行解析，使其所包含的技术内容尽可能多的得到解释和理解，也希望就此问题与国内从事相关应用开发工作的同行进行探讨。全文共分五个部分，第一部分简述了对DICOM格式文件进行解析的必要性，第二部分阐述了DICOM3．0标准的产生过程，第三部分对DICOM格式文件进行了解析，第四部分论述如何显示DICOM格式的图像，最后是对全文的总结。二、DICOM3．0标准简介20世纪70年代随着计算机层析成像技术(ComputedTomography)及其他数字成像技术的发展，一大批数字成像设备相继应用于临床，生产这些设备的制造商很多，各制造商都制订了各自不同的图像格式，由于制定图像的标准、图像传输方式不可能相同，因而来自不同制造商的成像设备产生的图像根本不可能互换。为了统一不同制造商的设备之间的接口标准，美国放摄协会ACR(AmericanCollegeofRadiology)和美国国家电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)在1983年成立了一个联合委员会，旨在制订一套医学图像的通讯标准。其主要目标是：(1)提供独立于各设备制造商的数字图像及其相关信息的通讯标准，促进数字图像的网络化；(2)促进PACS的发展，并扩展PACS与HiS(HospitalInformationSystem)、RIS(RadiologyInformationSystem)等其他医学信息系统的通讯；(3)建立一个广泛的、分布式的诊断信息数据库，便于处理地理上分散的不同设备问的查询请求【1】。ACR—NEMA委员会于1985年正式发表ACR—NEMA1．0版(No．300—1985)。1986年和1988年又分别发布了DICOM标准的两个修订版。1988年发布了ACR—NEMA2．0标准(No．300—1988)，但由于缺乏有效的网络连接手段以及技术方面不够成熟，这些规范并没有被广泛采用。ACR—NEMA委员最终在1996年发布了一套新的规范，并正式命名为DICOM3．0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine3．0)，此标准一经公布即被众多影像设备制造商及机构采用，此后，DICOM标准不断吸纳各方反馈的有用信息，从不同专业角度对标准在深度和广度方面进行扩充，1998年又推出了修订版本，目前该标准仍然处于不断发展中。ACR—NEMA委员会每年都会公布一些针对DICOM3．0标准的修改和扩充¨。限于篇幅，本文对DICOM3．0标准的具体内容及组成不作介绍，具体内容参见文献【2】【3】【4】三．DICOM医学图像文件格式解析DlCOM格式图像文件是指按照DICOM标准而存储的文件。DICOM文件一般由DICOM文件头和DlCOM数据集合组成。DICOM数据集合由DICOM数据元素(DataElement)按一定顺序排列组成，而DICOM数据元素则是DlCOM文件最基本的构成单元。1．DICOM文件头DICOM文件头(DICOMFileMetaInformation)~包含了标识数据集合的相关信息。文件头的最开始是文件前言(Preamble)，它由128个00H字节组成，紧接着就是长度为4个字节的字符串“DICM”，严格地讲，每个DlCOM文件都必须包括该文件头，并且可以根据该字符串值来判断一个文件是否DlCOM格式文件。然而，在实际项目开发过程中所遇到的情况并非如此。上述情可以说明一个问题，即：并非所有影像设备制造商都严格遵守DlCOM3．0标准，充其量是部分遵守了这个标准，个中原因可能是多方面的，但多多少少有保护自身商业利益3的意味。DICOM文件头部分还包括其他一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。2．DICOM数据元素数据元素(DataElement)是DICOM格式图像文件最基本的构成单元。它由四个部分组成：标签(Tag)、数据描述VR(ValueRepresentation)、数据长度VL(ValueLength)以及实际数据值Value。标签是一个4字节的无符号整数，DICOM中所有数据元素都可用标签来唯一表示，标签由两个部分组成：组号(高位2字节)和元素号(低位2字节)，在DICOM标准的数据字典中，所有元素都是用“(组号，元素号)”这种表示方式一一对应的。数据描述VR指明数据元素中数据的类型，为2字节的字符串。例如，若VR为“DA”则表示该数据元素存储日期型数据，VR是可选的，取决于事先商定的数据传输句法(TransferSyntaxUID)，它包含在标签为(0002，0010)的数据元素中。数据传输句法(TransferSyntaxUID)后面作详细介绍。VR分为显式(ExplicitVR)和隐式(ImplicitVR)两种。数据在显式传输时VR必须存在，而隐式传输时VR为空。数据长度VL指明数据元素的数据域中数据的长度(字节数)。数据域中包含了数据元素的数值。以标签(0010，0010)表示病人姓名的数据元素为例对上述介绍作一比较形象的说明。传输时，显式时VR中存放数据类型，隐式时VR不存在。VL表示数值长度，标签为(0002，0010)的数据元素存放的是数据传输协议标识(TransferSyntaxUID)。UID形式上是一个字符串，用于唯一标识DICOM标准中各种不同的信息对象，在DICOM文件中有很多UID，如诊断UID、字符格式UID、图像存储UID、传输协议UID等等，这些UID有些可以套用现成的，有些必须要自己确定，特别是UID中的厂商信息、医院信息以及图像的分类序列号等等[5][6]。每个UID由两部分组成，一个根(orgroot)和一个后缀(sufix)，其格式为：orgroot．sufix。sufix由所指示的机构分配，并且必须在orgroot范围内保证唯一性。如“1．2．840．10008”专门保留给DICOM所定义的术语(如传输语法)使用，其中，“1”表示国际标准化组织ISO，“2”表示ISO下属的一个成员机构，这里指美国国家标准组织ANSI，“840”表示成员机构所在的国家或地区代码，这里指美国，“10008”在这里指NEMA。四、结论本文主要探讨了DICOM3．0标准的产生经过及DICOM医学图像文件格式的大致组成。通过对DlCOM图像文件的剖析，基本解决了医学影像应用开发中的数据接13问题，为进一步针对医学影像处理应用的研究和开发提供了数据准备。应该指出，由于生产医学影像设备的国内外厂商众多，其产品遵守DlCOM3．0标准的程度也各不相同，同时，DlCOM3．0是一个不断扩充和扩展的标准，因此，我们在进行医学影像处理应用开发时，一般只能针对特定厂家的设备进行数据采集和处理，不大可能开发出一个能读取和显示所有医学影像设备中的DICOM格式图像的工具软件，除非国内外所有生产医学影像设备的制造商都严格遵守DlCOM3．0标准的规定，而这种局面短