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DICOM 文件內容在 Part 3 DICOM IOD 里定義。CT, MR, CR, DR, US, NM, PET， XA 等各有自己的內容定義，由共同的專有的部分 （IE 和 Modules) 組成。
DICOMDIR 由 Part 10 定義。是一種 mini 可變長度數據庫文件結構。
過去我手下一個學計算機的非常聰明的印度人問我：圖像文件格式不是有 BMP, GIF, TIF 和 JPEG 等等嗎，為什么還要定義 DICOM 呢？ 我向他解釋了好幾次最后還是放棄了。 任何圖像文件格式無非是由兩個部分組成：存參數的 header 和圖點數據 （pixel data)。 BMP, JPEG, TIFF 之類的格式的 header 只描述圖像的基本參數：如幾行、幾烈、每點用了幾位、有沒有壓縮、調色板等等。Header 往往是固定長度的。 而醫療影像還要許多其它參數，如病人基本資料、檢驗基本資料、系列資料、位置資料等等。而且每種 Modality 和每種 image 所需要的內容不一樣。因此，一般的圖像格式不能用。
DICOM 的 4 個內容層次：
1. Patient (病人)
2. Study (檢驗)
3. Series (系列)
4. Image (圖像)
盡管頭幾層的內容在很多圖像里是相同的，它們在每個圖像文件里都要有。 每一層叫一個 Information Entity,或 IE （從 relational database schema 設計引用而來）。每一層又細分成 Module。每個 Module 里面的最小單元叫做一個 attribute 或 element。
現在舉個例子：
CR 圖像
DICOM Part 3, A.2.3, Table A.2-1
1. Patient IE: a. Patient Module (參考 C.7.1.1)
2. Study IE: a. Study Module (參考 C.7.2.1) b. Patient Study Module (參考 C.7.2.2)
3. Series IE: a. General Series (參考 C.7.3.1) b. CR Series (參考 C.8.1..1) c. General Equipment (參考 C.7.5.1)
4. Image IE: a. Genrral Image (C.7.6.1) b. Image Pixel (C.7.6.3) c. Contrast/bolus (C.7.6.4) d. CR Image (C.8.1.2)
...
i. SOP Common (C.12.1)
將這些 modules (tables) 里的所有 elements 都找出來就做成了一個 CR 圖像的架構。 要注意的是這些 module 有些是一定要的 (modatory) 有些是用戶選用的 (user)。 到了每個 module 里 attribute/element 表又有分五類 Type 1, 1C, 2, 2C 和 3。 Type 1 是一定要的，2 也是一定要的但是內容可以是空的。Type 3 則可要可不要。 所以濃縮一下，一個 CR 圖像里的元素 (elements) 也不是太多。
把這些表格展開后，這些 elements 組成一個 dataset。 那么寫到一個文件里或通過網路傳送又是個什么格式呢？這就要看 Part 5。
一個元素 (element) 的結構是：
1. group tag: 16-bit
2. element tag: 16-bit
3. length (or VR/length): 32-bit
4. data (bytes of length)
對應每一個用到的 element DICOM 標准 Part 6 都定義了一個 group tag 和 element tag。
比如說： patient name: 0x0010, 0x0010 patient ID: 0x0010, 0x0020 ...
VR 說的是 element 格式，比如說 patinet name 的 VR 是 PN。格式是 last_name^first_name^middle_name^prefix^surfix。那么我的英文名字就是: Wang^JB^^Dr.^
往外寫時要做幾個事情：
1. 要把所有元素按 group tage 和 element tag 理一遍 (sort)。從小排到大。
2. 如果是寫 DICOM 介質的 DICOM file 還先寫 128 bytes preamble (一般是空白),加 "DICM", 加 group 2 Meta header。（講到 Part 10 時再細說）
3. 如果 dataset 里面含有 Sequence elements, sequence 里面每一個 Item 又是一個 dataset。
作業： 有了這些知識，你就可以開始寫一個小小的 BMP 到 DICOM 的轉化程序。
關鍵資料：
Modality (0008, 0060): SC
Photometric Interpretation (0028, 0004): RGB
SOP Class UID: 1.2.840.10008.1.5.4.1.1.7
最簡單的辦法是寫一個 structure，然后一個
array. typedef struct DicomElem(short int group_tag, short int element_tag, char VR[4], int length, char data[128]) DicomElem;
DicomElem CRDataSet [] = ( ( 0x0008, 0x0005, "CS", 10, "ISO_IR 100"), ( 0x0008, 0x0008, "CS", 16， "ORIGINAL\\PRIMARY"), ... (0x0010, 0x0010, "PN", 16, "My^Test^Image^^ ")，
(0x0010, 0x0020, "SH", 6, "123456")，
...
(0,0,"",0,"")
);
void WriteCDImage(FILE *fp)
{
DicomElem elem = CRDataSet[0];
unsigned long int lComboTag;
int nCols, nRows;
unsigned char *pPixelData unsigned long int lPixelLength;
pPixelData = LoadBMPImgeData("MyImage.bmp", nCols, nRows, lPixelLength);
while(CRDataSet.group_tag)
{
lComboTag = (CRDataSet.group_tag << 16) | CRDataSet.element_tag;
switch(lComboTag)
{
case 0x00280010: *((short int *)CRDataSet.data) = nCols;
break;
case 0x00280011: *((short int *)CRDataSet.data) = nRows;
break;
...
}
// Write group and element tag
fwrite(&lComboTag, 1, sizeof(long), fp);
// Write VR
fwrite(CRDataSet.VR, 1, 2, fp);
if (lComboTag != 0x7fe00010)
{
fwrite(CRDataSet.length, 1, sizeof(short), fp);
fwrite(CRDataSet.data, 1, CRDataSet.length, fp);
}
else
{
fwrite("\0\0", 1, 2, fp);
// Two blank bytes after VR
fwrite(&lPixelLength, 1, sizeof(long), fp);
// Length
fwrite(pPixelData, 1, lPixelLength, fp);
}
i++;
}
}
unsigned char *LoadBMPImgeData(char *fileName, int &nCols, int &nRows, unsigned long &lPixelLength) ( .... )
細節自己去寫。
更上一層樓： DICOM 文件讀寫最難的是兩個東西：
o DICOM Sequence
o DICOM Pixel Data
剛剛讓大家做的作業里沒有 Sequence，pixel data 也很簡單。 Sequence 在 C 里的類比是一個 structure 的 array。 是結構套結構。 所以讀起來難。更討厭的是 Sequence 還可以不定義長度， 即長度是 -1。要靠你自己去找 (FFFE, E0DD) 來決定 Sequence 是否結束。 Array 里面的每個 structure 單元就是 DICOM Sequence 里的一個 Item。Item 的開頭是一個特定 element (FFFE, E000)。 如果 Item 的長度是 -1， 要靠找到 (FFFE, E00D) 來決定 Item 的結束。 Pixel Data (7fe0, 0010) 是一個特殊的 DICOM element。總是在所有元素的最后面。它個 Sequence 有兩個相似的地方： o 長度區總是 32-位 (即 explicit VR 的情況下要在 VR 區后面填兩個 bytes，然后再加 4-bytes 的長度。 o 如圖像是壓縮的，每幅圖用一個 item 來存。 第一個 item 是個 offset table。每幅圖的 offset 是一個 dword (4 bytes)，第一幅圖的 offset 是 0。
DICOM 介質與 DICOMDIR：
DICOM 圖像通過 Store SCU/SCP 來傳的時候最小的組是 (0008, xxxx)，一般頭一個 element 是 (0008, 0000) 或 (0008, 0005)。 而存在介質上 （如光盤，硬盤和 MOD），則要加兩套東西：
1. Preamble 和 DICOM signature: 128 bytes (一般是空的) 后面跟 DICM。
2. Meta header: group (0002, xxxx) 的十幾個 elements. 看 DICOM Part 10。 DICOMDIR 是一個可變長度 迷你 database 文件。由 group (0002, xxxx) 和 group (0004, xxxx) 為主題。描述的是一個 4 層的樹狀結構 (tree structure)。 1. Patient 2. Study
3. Series 4. Image 除了用 DICOM 慣用的 Sequene 外還用了 offset 來做 linked list。所以讀寫起來比較麻煩。請看 DICOM Part 10。
DICOM 的中文支持： DICOM 本身可以支持任何文字。應用程序則可能無法破譯。 DICOM 圖像用中文是可以通過下列方法實現： （0008，0005）設 "GB2312" 或 “Big5"。 所有文字用雙字節 GB 或 Big 5 碼。 大部分的 DICOM 控件用起來都會有問題。國標用的是 8-bit bytes 而非 7-bit printable ASCII。 ANSI 字串函數如 sprintf, sscanf 會將最高一個 bit 削掉。要改寫成支持 wide character 的才行。