Dicom全稱是醫學數字圖像與通訊，這里講的暫不涉及通訊那方面的問題 只講*.dcm 也就是diocm格式文件的讀取，讀取本身是沒啥難度的 無非就是字節碼數據流處理。只不過確實比較繁瑣。
好了 正題
分析
整體結構先是128字節所謂的導言部分，說俗點就是沒啥意義的破數據 跳過就是了，然后是dataElement依次排列的方式 就是一個dataElement接一個dataElement的方式排到文件結尾 通俗的講dataElement就是指tag 就是破Dicom標准里定義的數據字典。tag是4個字節表示的 前兩字節是組號后兩字節是偏移號 比如0008,0018。所有dataElement在文件中都是按tag排序的 比如0002,0001 0002,0002 0003,0011
文件整體結構如下：
又把論文里的這圖貼上來 總結的很好。單個dataElement的結構如下：
顯示VR：VR為OB OW OF UT SQ UN的元素結構
| 組號 |
元素號 |
VR |
預留 |
值長度 |
數據元素值 |
| 2 |
2 |
2 |
2（0x00,0x00） |
4 |
由數據長度決定 |
顯示VR：VR為普通類型時元素結構（少了預留那一行）
| 組號 |
元素號 |
VR |
值長度 |
數據元素值 |
| 2 |
2 |
2 |
4 |
由數據長度決定 |
隱式VR 時元素結構
| 組號 |
元素號 |
值長度 |
數據元素值 |
| 2 |
2 |
4 |
由數據長度決定 |
要問VR是啥東東 ，值表示法 啥叫值表示法啊 俺不懂 int string short ushort 懂不 就是這個意思，Dicom標准真坑爹 非要整個怪怪的概念。
VR總共27個 跟c#值類型對應關系我都寫好了：
1 string getVF(string VR, byte[] VF) 2 { 3 string VFStr = string.Empty; 4 switch (VR) 5 { 6 case "SS": 7 VFStr = BitConverter.ToInt16(VF, 0).ToString(); 8 break; 9 case "US": 10 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString(); 11 12 break; 13 case "SL": 14 VFStr = BitConverter.ToInt32(VF, 0).ToString(); 15 16 break; 17 case "UL": 18 VFStr = BitConverter.ToUInt32(VF, 0).ToString(); 19 20 break; 21 case "AT": 22 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString(); 23 24 break; 25 case "FL": 26 VFStr = BitConverter.ToSingle(VF, 0).ToString(); 27 28 break; 29 case "FD": 30 VFStr = BitConverter.ToDouble(VF, 0).ToString(); 31 32 break; 33 case "OB": 34 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0); 35 break; 36 case "OW": 37 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0); 38 break; 39 case "SQ": 40 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0); 41 break; 42 case "OF": 43 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0); 44 break; 45 case "UT": 46 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0); 47 break; 48 case "UN": 49 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF); 50 break; 51 default: 52 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF); 53 break; 54 } 55 return VFStr; 56 }
找個dicom文件在十六進制編輯器下瞧瞧 給你整明白：
所有dataElement從前到后按tag又可簡單分段：
| 文件元dataElement | 不受傳輸語法影響 總是以顯示VR方式表示 因為它里面就定義了傳輸語法 |
| 普通dataElement | 受傳輸語法影響 顯示VR表示方式還是隱式VR表示方式 |
| 像素數據dataElement | 最重要也是最大的一個數據項 其實存儲的就是圖像數據 |
幾個特殊的tag很重要 前面說過了tag就是dicom里定義的字典。文件元dataElement 和跟像素數據相關的dataElement 都很重要，其他的很多 如果全部照顧完的話估計得寫上千行switch語句吧，所以沒有必要一般我們一般只抓取關鍵的tag。並且在隱式語法下要確定VR也必須根據字典來確定
關鍵的tag如下：
1 string getVR(string tag) 2 { 3 switch (tag) 4 { 5 case "0002,0000"://文件元信息長度 6 return "UL"; 7 break; 8 case "0002,0010"://傳輸語法 9 return "UI"; 10 break; 11 case "0002,0013"://文件生成程序的標題 12 return "SH"; 13 break; 14 case "0008,0005"://文本編碼 15 return "CS"; 16 break; 17 case "0008,0008": 18 return "CS"; 19 break; 20 case "0008,1032"://成像時間 21 return "SQ"; 22 break; 23 case "0008,1111": 24 return "SQ"; 25 break; 26 case "0008,0020"://檢查日期 27 return "DA"; 28 break; 29 case "0008,0060"://成像儀器 30 return "CS"; 31 break; 32 case "0008,0070"://成像儀廠商 33 return "LO"; 34 break; 35 case "0008,0080": 36 return "LO"; 37 break; 38 case "0010,0010"://病人姓名 39 return "PN"; 40 break; 41 case "0010,0020"://病人id 42 return "LO"; 43 break; 44 case "0010,0030"://病人生日 45 return "DA"; 46 break; 47 case "0018,0060"://電壓 48 return "DS"; 49 break; 50 case "0018,1030"://協議名 51 return "LO"; 52 break; 53 case "0018,1151": 54 return "IS"; 55 break; 56 case "0020,0010"://檢查ID 57 return "SH"; 58 break; 59 case "0020,0011"://序列 60 return "IS"; 61 break; 62 case "0020,0012"://成像編號 63 return "IS"; 64 break; 65 case "0020,0013"://影像編號 66 return "IS"; 67 break; 68 case "0028,0002"://像素采樣1為灰度3為彩色 69 return "US"; 70 break; 71 case "0028,0004"://圖像模式MONOCHROME2為灰度 72 return "CS"; 73 break; 74 case "0028,0010"://row高 75 return "US"; 76 break; 77 case "0028,0011"://col寬 78 return "US"; 79 break; 80 case "0028,0100"://單個采樣數據長度 81 return "US"; 82 break; 83 case "0028,0101"://實際長度 84 return "US"; 85 break; 86 case "0028,0102"://采樣最大值 87 return "US"; 88 break; 89 case "0028,1050"://窗位 90 return "DS"; 91 break; 92 case "0028,1051"://窗寬 93 return "DS"; 94 break; 95 case "0028,1052": 96 return "DS"; 97 break; 98 case "0028,1053": 99 return "DS"; 100 break; 101 case "0040,0008"://文件夾標簽 102 return "SQ"; 103 break; 104 case "0040,0260"://文件夾標簽 105 return "SQ"; 106 break; 107 case "0040,0275"://文件夾標簽 108 return "SQ"; 109 break; 110 case "7fe0,0010"://像素數據開始處 111 return "OW"; 112 break; 113 default: 114 return "UN"; 115 break; 116 } 117 }
最關鍵的兩個tag：
0002,0010
普通tag的讀取方式 little字節序還是big字節序 隱式VR還是顯示VR。由它的值決定
1 switch (VFStr) 2 { 3 case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://顯示little 4 isLitteEndian = true; 5 isExplicitVR = true; 6 break; 7 case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://顯示big 8 isLitteEndian = false; 9 isExplicitVR = true; 10 break; 11 case "1.2.840.10008.1.2\0"://隱式little 12 isLitteEndian = true; 13 isExplicitVR = false; 14 break; 15 default: 16 break; 17 }
7fe0,0010
像素數據開始處
整理
根據以上的分析相信解析一個dicom格式文件的過程已經很清晰了吧
第一步:跳過128字節導言部分,並讀取"DICM"4個字符 以確認是dicom格式文件
第二步:讀取第一部分 也就是非常重要的文件元dataElement 。讀取所有0002開頭的tag 並根據0002，0010的值確定傳輸語法。文件元tag部分的數據元素都是以顯示VR的方式表示的 讀取它的值 也就是字節碼處理 別告訴我說你不會字節碼處理哈。傳輸語法 說得那么官方，你就忽悠吧 其實就確定兩個東西而已
1字節序 這個基本上都是little字節序。舉個例子吧十進制數 35280 用十六進制表示是0xff00 但是存儲到文件中你用十六進制編輯器打開你看到的是這個樣子00ff 這就是little字節序。平常我們用的x86PC在windows下都是little字節序 包括AMD的CPU。別太較真 較真的話這個問題又可以寫篇博客了。
2確定從0002以后的dataElement的VR是顯示還是隱式。說來說去0002，0010的值就 那么固定幾個 並且只能是那么幾個 這些都在那個北美放射學會定義的dicom標准的第六章 有說明 ：
| 1.2.840.10008.1.2 | Implicit VR Little Endian: Default Transfer Syntax for DICOM | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.1 | Explicit VR Little Endian | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.2 | Explicit VR Big Endian | Transfer Syntax |
上面的那段代碼其實就是這個表格的實現，講到這里你會覺得多么的坑爹啊 是的dicom面向對象的破概念非常煩的。
第三步：讀取普通tag 直到搜尋到7fe0,0010 這個最巨體的存儲圖像數據的 dataElement 它一個頂別人幾十個 上百個。我們在前一步已經把VR是顯示還是隱式確定 通過前面的圖 ，也就是字節碼處理而已無任何壓力。顯示情況下根據VR 和Len 確定數據類型 跟數據長度直接讀取就可以了。隱式情況下這破玩藝兒有點煩，只能根據tag 字典確定它是什么VR再才能讀取。關於這個字典也在dicom標准的第六章。上面倒數第二段代碼已經把重要的字典都列了出來。
第四步：讀取灰度像素數據並調窗 以GDI的方式顯示出來。 說實話開始我還以為dicom這種號稱醫學什么影像的專家制定出來的標准 讀取像素數據應該有難度吧 結果沒想到這么的傻瓜。直接按像素從左到右從上到下 一行行依次掃描。兩個字節表示1個像素普通Dicom格式存儲的是16位的灰度圖像，其實有效數據只有12位，除去0 所以最高值是2047。比如CT值 從-1000到+1000，空氣的密度為-1000 水的密度為0 金屬的密度為+1000 總共的值為2000
調窗技術：
即把12級灰度的數據 通過調節窗寬窗位並讓他在RGB模式下顯示出來。還技術呢 說實話這個也是沒什么技術含量的所謂的技術，兩句代碼給你整明白。
調節窗寬窗位到底什么意思，12位的數據那么它總共有2047個等級的灰度 沒有顯示設備可以體現兩千多級的明暗度 就算有我們肉眼也無法分辨更無法診斷。我們要診斷是要提取關鍵密度值的數據 在醫院放射科呆久了你一定經常聽醫生講什么骨窗 肺窗 之類的詞兒，這就是指的這個“窗”。比如有病人骨折了打了鋼板我們想看金屬部分來診斷 那么我們應該抓取CT值從800到1000 密度的像素 也就是灰度值 然后把它放到RGB模式下顯示，低於800的不論值大小都顯示黑色 高於1000的不論值大小都顯示白色。
通過以上例子那么這個范圍1000-800=200 這個200表示窗寬，800+（200/2）這個表示窗位
一句話，從2047個等級的灰度里選取一個范圍放到0~255的灰度環境里顯示。
怎樣把12位灰度影射到8位灰度顯示出來呢，還怎么顯示 上面方法都給說明了基本上算半成品了。聯想到角度制弧度制，設要求的8位灰度值為x 已知的12位灰度值為y那么：x/255=y/2047 那么x=255y/2047 原理不多講 等比中項十字相乘法 這個是初中的知識哈。初中沒讀過的童鞋飄過。。。
原理過程講完了
代碼走起
1 class DicomHandler 2 { 3 string fileName = ""; 4 Dictionary<string, string> tags = new Dictionary<string, string>();//dicom文件中的標簽 5 BinaryReader dicomFile;//dicom文件流 6 7 //文件元信息 8 public Bitmap gdiImg;//轉換后的gdi圖像 9 UInt32 fileHeadLen;//文件頭長度 10 long fileHeadOffset;//文件數據開始位置 11 UInt32 pixDatalen;//像素數據長度 12 long pixDataOffset = 0;//像素數據開始位置 13 bool isLitteEndian = true;//是否小字節序（小端在前 、大端在前） 14 bool isExplicitVR = true;//有無VR 15 16 //像素信息 17 int colors;//顏色數 RGB為3 黑白為1 18 public int windowWith = 2048, windowCenter = 2048 / 2;//窗寬窗位 19 int rows, cols; 20 public void readAndShow(TextBox textBox1) 21 { 22 if (fileName == string.Empty) 23 return; 24 dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName)); 25 26 //跳過128字節導言部分 27 dicomFile.BaseStream.Seek(128, SeekOrigin.Begin); 28 29 if (new string(dicomFile.ReadChars(4)) != "DICM") 30 { 31 MessageBox.Show("沒有dicom標識頭，文件格式錯誤"); 32 return; 33 } 34 35 36 tagRead(); 37 38 IDictionaryEnumerator enor = tags.GetEnumerator(); 39 while (enor.MoveNext()) 40 { 41 if (enor.Key.ToString().Length > 9) 42 { 43 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + "\r\n"; 44 textBox1.Text += enor.Value.ToString().Replace('\0', ' '); 45 } 46 else 47 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + enor.Value.ToString().Replace('\0', ' ') + "\r\n"; 48 } 49 dicomFile.Close(); 50 } 51 public DicomHandler(string _filename) 52 { 53 fileName = _filename; 54 } 55 56 public void saveAs(string filename) 57 { 58 switch (filename.Substring(filename.LastIndexOf('.'))) 59 { 60 case ".jpg": 61 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg); 62 break; 63 case ".bmp": 64 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp); 65 break; 66 case ".png": 67 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png); 68 break; 69 default: 70 break; 71 } 72 } 73 public bool getImg( )//獲取圖像 在圖像數據偏移量已經確定的情況下 74 { 75 if (fileName == string.Empty) 76 return false; 77 78 int dataLen, validLen;//數據長度 有效位 79 int imgNum;//幀數 80 81 rows = int.Parse(tags["0028,0010"].Substring(5)); 82 cols = int.Parse(tags["0028,0011"].Substring(5)); 83 84 colors = int.Parse(tags["0028,0002"].Substring(5)); 85 dataLen = int.Parse(tags["0028,0100"].Substring(5)); 86 validLen = int.Parse(tags["0028,0101"].Substring(5)); 87 88 gdiImg = new Bitmap(cols, rows); 89 90 BinaryReader dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName)); 91 92 dicomFile.BaseStream.Seek(pixDataOffset, SeekOrigin.Begin); 93 94 long reads = 0; 95 for (int i = 0; i < gdiImg.Height; i++) 96 { 97 for (int j = 0; j < gdiImg.Width; j++) 98 { 99 if (reads >= pixDatalen) 100 break; 101 byte[] pixData = dicomFile.ReadBytes(dataLen / 8 * colors); 102 reads += pixData.Length; 103 104 Color c = Color.Empty; 105 if (colors == 1) 106 { 107 int grayGDI; 108 109 double gray = BitConverter.ToUInt16(pixData, 0); 110 //調窗代碼，就這么幾句而已 111 //1先確定窗口范圍 2映射到8位灰度 112 int grayStart = (windowCenter - windowWith / 2); 113 int grayEnd = (windowCenter + windowWith / 2); 114 115 if (gray < grayStart) 116 grayGDI = 0; 117 else if (gray > grayEnd) 118 grayGDI = 255; 119 else 120 { 121 grayGDI = (int)((gray - grayStart) * 255 / windowWith); 122 } 123 124 if (grayGDI > 255) 125 grayGDI = 255; 126 else if (grayGDI < 0) 127 grayGDI = 0; 128 c = Color.FromArgb(grayGDI, grayGDI, grayGDI); 129 } 130 else if (colors == 3) 131 { 132 c = Color.FromArgb(pixData[0], pixData[1], pixData[2]); 133 } 134 135 gdiImg.SetPixel(j, i, c); 136 } 137 } 138 139 dicomFile.Close(); 140 return true; 141 } 142 void tagRead()//不斷讀取所有tag 及其值 直到碰到圖像數據 (7fe0 0010 ) 143 { 144 bool enDir = false; 145 int leve = 0; 146 StringBuilder folderData = new StringBuilder();//該死的文件夾標簽 147 string folderTag = ""; 148 while (dicomFile.BaseStream.Position + 6 < dicomFile.BaseStream.Length) 149 { 150 //讀取tag 151 string tag = dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4") + "," + 152 dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4"); 153 154 string VR = string.Empty; 155 UInt32 Len = 0; 156 //讀取VR跟Len 157 //對OB OW SQ 要做特殊處理 先置兩個字節0 然后4字節值長度 158 //------------------------------------------------------這些都是在讀取VR一步被阻斷的情況 159 if (tag.Substring(0, 4) == "0002")//文件頭 特殊情況 160 { 161 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2)); 162 163 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN") 164 { 165 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current); 166 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 167 } 168 else 169 Len = dicomFile.ReadUInt16(); 170 } 171 else if (tag == "fffe,e000" || tag == "fffe,e00d" || tag == "fffe,e0dd")//文件夾標簽 172 { 173 VR = "**"; 174 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 175 } 176 else if (isExplicitVR == true)//有無VR的情況 177 { 178 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2)); 179 180 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN") 181 { 182 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current); 183 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 184 } 185 else 186 Len = dicomFile.ReadUInt16(); 187 } 188 else if (isExplicitVR == false) 189 { 190 VR = getVR(tag);//無顯示VR時根據tag一個一個去找 真煩啊。 191 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 192 } 193 //判斷是否應該讀取VF 以何種方式讀取VF 194 //-------------------------------------------------------這些都是在讀取VF一步被阻斷的情況 195 byte[] VF = { 0x00 }; 196 197 if (tag == "7fe0,0010")//圖像數據開始了 198 { 199 pixDatalen = Len; 200 pixDataOffset = dicomFile.BaseStream.Position; 201 dicomFile.BaseStream.Seek(Len, SeekOrigin.Current); 202 VR = "UL"; 203 VF = BitConverter.GetBytes(Len); 204 } 205 else if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue))//靠 遇到文件夾開始標簽了 206 { 207 if (enDir == false) 208 { 209 enDir = true; 210 folderData.Remove(0, folderData.Length); 211 folderTag = tag; 212 } 213 else 214 { 215 leve++;//VF不賦值 216 } 217 } 218 else if ((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue))//文件夾結束標簽 219 { 220 if (enDir == true) 221 { 222 enDir = false; 223 } 224 else 225 { 226 leve--; 227 } 228 } 229 else 230 VF = dicomFile.ReadBytes((int)Len); 231 232 string VFStr; 233 234 VFStr = getVF(VR, VF); 235 236 //----------------------------------------------------------------針對特殊的tag的值的處理 237 //特別針對文件頭信息處理 238 if (tag == "0002,0000") 239 { 240 fileHeadLen = Len; 241 fileHeadOffset = dicomFile.BaseStream.Position; 242 } 243 else if (tag == "0002,0010")//傳輸語法 關系到后面的數據讀取 244 { 245 switch (VFStr) 246 { 247 case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://顯示little 248 isLitteEndian = true; 249 isExplicitVR = true; 250 break; 251 case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://顯示big 252 isLitteEndian = false; 253 isExplicitVR = true; 254 break; 255 case "1.2.840.10008.1.2\0"://隱式little 256 isLitteEndian = true; 257 isExplicitVR = false; 258 break; 259 default: 260 break; 261 } 262 } 263 for (int i = 1; i <= leve; i++) 264 tag = "--" + tag; 265 //------------------------------------數據搜集代碼 266 if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue) || leve > 0)//文件夾標簽代碼 267 { 268 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr); 269 } 270 else if (((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue)) && leve == 0)//文件夾結束標簽 271 { 272 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr); 273 tags.Add(folderTag + "SQ", folderData.ToString()); 274 } 275 else 276 tags.Add(tag, "(" + VR + "):" + VFStr); 277 } 278 } 279 }
好了收工。
測試下成果
1 if (openFileDialog1.ShowDialog() != DialogResult.OK) 2 return; 3 4 string fileName = openFileDialog1.FileName; 5 6 handler = new DicomHandler(fileName); 7 8 handler.readAndShow(textBox1); 9 10 this.Text = "DicomViewer-" + openFileDialog1.FileName; 11 12 13 backgroundWorker1.RunWorkerAsync();
這里處理gdi位圖的時候直接用的setPix 處理速度比較慢所以用了backgroundWorker，實際應用中請使用內存緩沖跟指針的方式
否則效率低了是得不到客戶的認可的哦，gdi位圖操作可使用lockBits加指針的方式 ，12位的灰度像素數據可以第一次讀取后緩存到內存中 以方便后面調窗的快速讀取
優化這點代碼也不難哈 對指針什么的熟點就行了，前幾章都有。
這是ezDicom 經過公認測試的軟件 我們來跟他對比一下，打開
調窗測試，我們注意到兩個東西 在沒有窗寬窗位時 默認窗寬是2047+1即2048 窗位是2048/2即1024
直觀的感受是調窗寬像在調圖像對比度 ，調窗位像在調圖像亮度。
窗寬為255的時候圖像是最瑞麗的 因為255其實就是8位圖像的默認窗寬。
注意窗位那里有小小區別，ez窗位顯示的是根據1024那里為0開始偏移 而我的程序是根據窗寬中間值沒有偏移
沒有偏移的情況稍微符合邏輯點吧。
但是可以看到原理是一樣的 結果是一樣的。
源碼下載測試dcm文件： 猛擊此處
最近也沒有以前寫的文章那么歡樂了 不知道為什么，長大了 沒有以前開心了 呵呵 。
筒子們2013年新年快樂。
這篇文章發布很久了 感謝朋友們的關注，分析講解跟代碼有點混亂 感覺有點敷衍了事純粹賺人氣的感覺 對不住大家了。另外本文的調窗代碼是有問題的 升級版本請看《醫學影像調窗技術》一文中的改進代碼。