學習筆記252—數據的DICOM格式

DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine的英文縮寫，即醫學數字成像和通信標准。是ACR（American College of Radiology,美國放射學會）和NEMA（National Electrical Manufactorers Association,國家電子制造商協會）為主制定的用於數字化醫學影像傳送、顯示與存儲的標准。在DICOM標准中詳細定義了影像及其相關信息的組成格式和交換方法，利用這個標准，人們可以在影像設備上建立一個接口來完成影像數據的輸入/輸出工作。 (注意：.IMA文件其實就是Dicom文件的一種，可以直接按照Dicom文件進行操作)

DICOM標准以計算機網絡的工業化標准為基礎，它能幫助更有效地在醫學影像設備之間傳輸交換數字影像，這些設備不僅包括CT、CR/DR、MR、核醫學和超聲檢查，而且還包括膠片數字化系統、視頻采集系統和HIS／RIS信息管理系統等。（不過好象他也是轉的，呵呵）

Meta Element Group Length (0002,0000) 1 UL
File Meta Information Version (0002,0001) 1 OB
Media Storage SOP Class UID (0002,0002) 1 UI
Media Storage SOP Instance UID (0002,0003) 1 UI
Transfer Syntax UID (0002,0010) 1 UI
Implementation Class UID (0002,0012) 1 UI
Implementation Version Name (0002,0013) 1 SH
Source Applica... Entity Title (0002,0016) 1 AE

[/img]Identifying Group Length (0008,0000) 1 UL
Specific Character Set(0008,0005) 1 CS 特殊字符集
Image Type (0008,0008) 1-n CS 圖像類型 AXIAL = 確定一個CT軸圖像
LOCALIZER = 確定一個CT定位器圖像
SOP Class UID (0008,0016) 1 UI
SOP類UID
SOP Instance UID (0008,0018) 1 UI
SOP實例UID
Study Date (0008,0020) 1 DA
研究信息獲得開始的日期
Series Date (0008,0021) 1 DA
序列開始的日期
Acquisition Date (0008,0022) 1 DA
產生這個圖象的數據獲得開始的日期
Image Date (0008,0023) 1 DA
圖象數據開始創建的日期
Study Time (0008,0030) 1 TM
研究信息獲得開始的時間
Series Time (0008,0031) 1 TM
序列開始的時間
Acquisition Time (0008,0032) 1 TM
產生這個圖象的數據獲得開始的日期
Image Time (0008,0033) 1 TM
圖象數據開始創建的時間
Accession Number (0008,0050) 1 SH
RIS產生的標識研究順序的號碼
Modality (0008,0060) 1 CS
最初獲得數據來創建這個序列中的圖象的設備的類型
Manufacturer (0008,0070) 1 LO
產生數字圖象的設備的制造商
Institution Name (0008,0080) 1 LO
設備位於的機構
Referring Physician's Name (0008,0090) 1 PN
這次就診病人的主要負責醫師
Station Name (0008,1010) 1 SH
用戶定義的名字，標識產生數字圖象的機器
Study Description (0008,1030) 1 LO
機構產生的描述或已執行的研究（組件）的分類
Institutional Department Name (0008,1040) 1 LO
產生數字圖象的設備定位的機構內的部門
Performing Physician's Name (0008,1050) 1-n PN
執行研究的醫師
Name of Physic...Reading Study (0008,1060) 1-n PN
閱讀研究的醫師
Operator's Name (0008,1070) 1-n PN
序列的技術支持人員
Manufacturer's Model Name (0008,1090) 1 LO
產生數字圖象的設備的制造商模型號

Patient Group Length (0010,0000) 1 UL
Patient's Name (0010,0010) 1 PN
病人的完整合法姓名
Patient ID (0010,0020) 1 LO
主要醫院標識號或病人代碼
Patient's Birth Date (0010,0030) 1 DA
指定名字的病人的出生日期
Patient's Sex (0010,0040) 1 CS
病人性別
Patient's Age (0010,1010) 1 AS
病人年齡

Acquisition Group Length (0018,0000) 1 UL
Body Part Examined (0018,0015) 1 CS
檢查的身體部位的描述
Slice Thickness (0018,0050) 1 DS
名義上的切片厚度，以毫米為單位
KVP (0018,0060) 1 DS
Data Collection Diameter (0018,0090) 1 DS
直徑數據的采集
Device Serial Number (0018,1000) 1 LO
產生數字圖象的設備的制造商序列號
Software Version(s) (0018,1020) 1-n LO
產生數字圖象的設備的制造商模型號
Spatial Resolution (0018,1050) 1 DS
設備的固有毫米限制分辨率，是對於高對比物體所選擇的數據
采集和重建技術。如果可變的交*序列的圖象，這個值在圖象的中心
Reconstruction Diameter (0018,1100) 1 DS
直徑的改變 在毫米范圍之內的直徑數據被用於生成影像的改變。
數據可能存在於這種范圍之外，而且部分病人也在范圍之外
Distance Source to Detector (0018,1110) 1 DS
源頭到探測器的距離
Distance Source to Patient (0018,1111) 1 DS
源頭到病人的距離
Gantry/Detector Tilt (0018,1120) 1 DS
支架/探測器的傾斜
Table Height (0018,1130) 1 DS
表高
Rotation Direction (0018,1140) 1 CS
旋轉方向 當相關聯時，源頭的旋轉方向大約最
接近設備的主要軸。計算標准:CW = 順時針CC = 逆時針
Exposure Time (0018,1150) 1 IS
曝光時間
X-ray Tube Current (0018,1151) 1 IS
X射線管的電流
Generator Power (0018,1170) 1 IS
發電機功率
Focal Spot(s) (0018,1190) 1-n DS
病灶點
Convolution Kernel (0018,1210) 1-n SH
回旋中心 描述回旋中心或者算法的標簽用於改變數據
Patient Position (0018,5100) 1 CS
病人位置

Relationship Group Length (0020,0000) 1 UL
Study Instance UID (0020,000D) 1 UI
研究的唯一標識符
Series Instance UID (0020,000E) 1 UI
序列的唯一標識符
Study ID (0020,0010) 1 SH
產生研究標識符的用戶或設備
Series Number (0020,0011) 1 IS
標識這個序列的號碼
Acquisition Number (0020,0012) 1 IS
獲得的數字
Instance (form...Image) Number (0020,0013) 1 IS
標識圖象的號碼
Patient Orientation (0020,0020) 2 CS
病人方位
Image Position (Patient) (0020,0032) 3 DS
圖像位置（病人）
Image Orientation (Patient) (0020,0037) 6 DS
圖像方向（病人）
Frame of Reference UID (0020,0052) 1 UI
為一個序列唯一地標識參考幀
Position Reference Indicator (0020,1040) 1 LO
病人解剖學部分用作一個參考
Slice Location (0020,1041) 1 DS
實際的相對位置，以毫米為單位。
Image Comments (0020,4000) 1 LT
用戶定義的關於圖象的注解

Image Presenta... Group Length (0028,0000) 1 UL
Samples per Pixel (0028,0002) 1 US
每個象素實例每個象素的樣本 對於單色（灰度）和
調色板顏色圖像，位面的數字是1。對於RGB和其它三矢量
顏色模型，這個屬性值是3。對於ARGB和其它四矢量顏色
模型，這個屬性值是4。對於CT圖像，每個象素實例
有一個1列舉值。
Photometric Interpretation (0028,0004) 1 CS
光度計的解釋 對於CT圖像，有下面列舉值之一：
MONOCHROME1 MONOCHROME2
Rows (0028,0010) 1 US
圖像中行的數字
Columns (0028,0011) 1 US
圖像中列的數字
Pixel Spacing (0028,0030) 2 DS
象素空間 病人中各個象素中心點之間的物理距離，
由一個雙行的數字值（定界符）列值值以毫米來確定。
Bits Allocated (0028,0100) 1 US
位分配對於CT圖像，位分配有16的列舉值。
Bits Stored (0028,0101) 1 US
位存儲對於CT圖像，位存儲有12到16的列舉值。
High Bit (0028,0102) 1 US
高位對於CT圖像，高位只有小於發送到位存儲值的列舉值。
Pixel Representation (0028,0103) 1 US
象素表示 象素樣本的數據表示。每個樣本有相同的象素表示。
列出的值：0000H=無符號整數0001H=2的補碼。
Pixel Padding Value (0028,0120) 1 SS
添加到非矩形圖象來填充到矩形格式的象素值
Window Center (0028,1050) 1-n DS
窗位
Window Width (0028,1051) 1-n DS
窗寬
Rescale Intercept (0028,1052) 1 DS
Rescale 截取
Rescale Slope (0028,1053) 1 DS
Rescale 斜面

Pixel Data Group Length (7FE0,0000) 1 UL
Pixel Data (7FE0,0010) 1 OB
象素數據

DICOM醫學圖像文件格式

為了提升醫療服務水准，跟隨醫學影像技術和網絡技術的發展，我國眾多醫院都在大量配備各種數字影像設備，並開始建立醫院管理信息系統(HIS)，開展遠程醫學試驗。他們對於圖像存檔和傳輸系統(PACS)的需求越來越緊迫，PACS的應用前景十分誘人。然而，我國PACS的研究開發尚處於起步階段，盡快自主開發適合我國國情的基於In-tranet的PACS是當務之急。
PACS必需解決的技術問題之一是統一各種數字化影像設備的圖像數據格式和數據傳輸標准。為此，誕生了新的醫學數字成像及通信標准，即DICOM 3.0。只要遵照這個標准就可以通過PACS溝通不同廠家生產的、不同種類的數字成像設備。DICOM 3.0已經得到了世界上主要廠商的支持，新一代醫學影像設備均以支持該標准作為基本特征，我國的醫療器械開發、生產部門都十分重視這個發展趨勢。
DICOM 3.0標准極為龐大、復雜，本文將根據我們的開發經驗，介紹如何制定符合DICOM 3.0標准的醫學圖像文件格式。
一 DICOM概述
DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine的縮寫，其字面含義很清楚，包括了醫學的數字成像和通信兩個方面。DICOM標准是由美國放射學院(Ameri-can College of Radiology，ACR)和國家電氣制造商協會(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)共同制定的。
1. DICOM的發展過程
20世紀70年代以來，計算機斷層成像技術(CT)和其它數字成像技術飛速發展，很多廠商都研制了具有計算機的成像設備，制定了各自不同的圖像格式。隨着計算機網絡的普及及其在醫學上的廣泛應用，在不同廠商生產的設備之間交換圖像和相關信息的需求日趨迫切，而缺乏統一的標准成為圖像交換的主要障礙。因此，ACR和NEMA在1983年組成一個聯合委員會發起制定一個公共的標准，它的目的是:
(1) 促進數字圖像設備的網絡化，而不論設備的開發商是誰。
(2) 有助於開發和推廣圖像存檔和傳輸系統(PACS)，並能與其它醫學信息系統聯系。
(3) 建立有價值的診斷信息數據庫，它能處理地理上分散的不同設備間的請求。
1985年，該委員會發表了ACR-NEMA 1.0標准(No. 300-1985)。1986年10月和1988年1月又公布了該標准的兩個修訂版。1988年公布了ACR-NEMA 2.0標准(No. 300-1988)。然而由於技術上不成熟，這些規范並沒有被廣泛采用。但是這些努力吸引了國際上許多著名的醫學影像設備制造商的關注及參與，終於在1996年，ACR-NEMA委員會發表了一套新的規范，正式命名為DICOM 3.0。此規范一經公布立即被眾多的廠商及機構采用。此后，DICOM標准不斷吸納各方反饋的有用信息，從不同專業角度對規范在范疇和深度上進行擴充，1998年又推出了修訂版本，目前仍然在不斷的發展中。
2. DICOM標准的組成
DICOM 標准包括以下內容:
PS 3.1: Introduction and Overview (引言和概述);
PS 3.2: Conformance(一致性);
PS 3.3: Information Object Defini-tions(信息對象定義);
PS 3.4: Service Class Specifications (服務類規范)；
PS 3.5: Data Structure and Encod-ing: (數據結構和編碼規定);
PS 3.6: Data Dictionary(數據字典);
PS 3.7: Message Exchange(信息交換);
PS 3.8: Network Communication Support for Message Exchange(信息交換的網絡通訊支持);
PS 3.9: Point-to-Point Communi-cation Support for Message Exchange (信息交換的點對點通訊支持);
PS 3.10: Media Storage and File Format for Data Interchange(便於數據交換的介質存儲方式和文件格式);
PS 3.11: Media Storage Application Profiles(介質存儲應用框架);
PS 3.12: Storage Functions and Media Formats for Data Interchange(便於數據交換的存儲方案和介質格式);
PS 3.13: Print Management Point-to-Point Communication Support(打印管理的點對點通訊支持)。
這幾部分文檔是既相關又相互獨立的。其中規定了Patient、Study、Series、Image四個層次的醫學圖像信息結構，以及由它們組成的信息對象(Informa-tion Object); 采用服務類客戶/服務類提供者(Service Class User/Service Class Provider)概念組成的服務—對象對(Service-Object Pair); 支持點對點(PPP)和TCP/IP網絡通信協議。
DICOM涵蓋了數字圖像信息構成和通信兩個領域，內容極其煩瑣、龐大，目前沒有任何醫學系統可以支持所有的DICOM服務，每一種設備都是只針對自己最需要的部分提供支持。我們也根據核醫學的需要，制定了自己的符合DICOM標准的圖像文件格式。其中核醫學圖像文件結構部分主要參閱了DICOM標准的PS 3.3~PS 3.6和PS 3.10。
3. DICOM文件格式
DICOM文件是指按照DICOM標准而存儲的醫學文件。它的組成如圖1所示。圖中的SOP指服務—對象對(Service-Object Pair)。
DICOM文件一般由一個DICOM文件頭和一個DICOM數據集合組成。DICOM文件頭的定義格式將在本文的第三部分介紹; DICOM數據集合是按照DICOM標准的PS 3.5部分來編碼組成的。
二 DICOM最基本的結構單元—數據元素
在DICOM文件中最基本的單元是數據元素(Data Element)。DICOM數據集合就是由DICOM數據元素按照一定的順序排列組成的。
DICOM數據元素的組成如圖2所示。它主要由四個部分組成: 標簽、VR (Value Representation，數據描述)、數據長度和數據域。
(1) 標簽是一個4字節的無符號整數。DICOM所有的數據元素都可以用標簽來唯一表示，各個標簽對應什么數據元素可以查閱DICOM標准PS 3.6部分—數據字典。
在DICOM中人為地將標簽分為兩個部分: 組號(高位2字節)和元素號(低位2字節)，在數據字典中所有的元素都是用“(組號，元素號)”這種方式來表示的。
(2) VR指明了該數據元素中的數據是哪種類型的。在DICOM文件中，它是一個長度為2的字符串，例如，如果一個數據元素的VR為“DA”，則表示該數據元素中存儲的數據為日期型數據，如果一個數據元素的VR為“FL”則表示該數據元素中存儲的數據為浮點型數據。關於VR的詳細取值和說明可以參閱DICOM標准PS 3.5部分第15~21頁的表6.2-1。
在數據元素中，VR是可選的，它取決於協商的傳輸數據格式。DICOM中規定了顯式(Explicit VR)和隱式(Inexplicit VR)兩種傳輸格式，其中在顯式傳輸時，VR必須存在; 在隱式傳輸時，VR必須省略。表1和表2是顯式傳輸時數據元素的格式，表3為隱式傳輸時數據元素的格式。
(3) 數據長度指明該數據元素的數據域中數據的長度(字節數)。
(4) 數據域中包含了該數據元素的數值。
DICOM中所有的數據都是以數據元素的形式出現的(除文件頭中128字節的文件前言)，下面就開始詳細介紹如何制定DICOM文件結構。
三 DICOM文件頭
DICOM文件頭(DICOM File Meta Information)包含了標識數據集合的相關信息。每個DICOM文件都必須包括該文件頭。文件頭的最開始是文件前言，它由128個00H字節組成，接下來是DICOM前綴，它是一個長度為4字節的字符串“DICM”，可以根據該值來判斷一個文件是不是DICOM文件。文件頭中還包括其它一些非常有用的信息，如文件的傳輸格式、生成該文件的應用程序等等，關於文件頭詳細的說明請參閱DICOM標准PS 3.10的13~14頁表7.1-1。
說明:
(1) 除了128字節的文件前言和4字節的DICOM前綴外，所有其它的文件頭元素都必須采用上面介紹的顯示格式編碼，各個數據元素排列的順序按照標簽數值從小到大的傳輸格式(Little Endian)編碼。
(2) 每個文件頭元素的長度必須為偶數，否則應該按照規定補充一個字節。
(3) 所有(0002，****)類的標簽都為DICOM所保留。為了兼容后續版本，如果發現文件中有目前尚未規定的(0002，****)類標簽，則應該忽略它。
四 DICOM數據集合
DICOM文件主要組成部分就是數據集合。這不僅包括醫學圖像，還包括許多和醫學圖像有關的信息，如病人姓名、圖像大小等。
DICOM數據集合是由DICOM數據元素按照指定的順序依次排列組成的。對於DICOM文件，一般采用顯式傳輸，數據元素按標簽從小到大順序排列，即DICOM PS 3.5規定的Explicit VR Little En-dian Transfer Syntax。
在DIOCM標准的PS 3.3部分(Information Object Defini-tions)中，定義了各種類型的圖像文件必須包括和可選的DICOM數據元素，在制定自己的DICOM文件結構時，必須嚴格遵照該部分規定。例如，制定核磁共振醫學圖像的DICOM文件，可以查閱DICOM標准PS 3.3中的A.4節。其中定義了如下的核磁共振醫學圖像信息實體(Information Entity，IE)的內容(表4)。
表中“使用”列為“M”時表示該模塊必須存在，“U”表示可選，“C”表示在特定的情況下必須存在。
要構造信息實體，按照表中指定的模塊參考相應的DICOM標准章節即可。例如，在制定Patient模塊時，查閱DICOM標准PS 3.3部分的C.7.1.1小節，可以查到如表5所示的病人模塊屬性表。
這樣按照表5中所列出的元素，選出自己需要的元素(表中類型為1和2的元素是必須包括的，3可選)即可。按照表4中指出的所有模塊，查閱DICOM標准中相應的章節，選出合適的DICOM元素，這樣DICOM文件的格式就確定下來了。
五 DICOM文件 示例
表6中列出了CAR *97 DICOM Demon-stration CD中由西門子公司提供的一幅核磁共振圖像的結構:
如果對照DI-COM標准檢查該文件結構，可以發現該文件的確是按照DICOM標准來制定的。DICOM中規定必須包含的數據元素都不缺少!圖3是該文件所包含的圖像。
六 關於 DIOCM的 網絡資源
1. 關於DICOM標准的WWW站點和FTP站點:
http//www. nema.org/nema/medical/
ftp://ftp.nema.org/medical/dicom
在該站點上，可以獲取DICOM標准以及最新更新情況。
2. 關於醫學圖像格式常見問題可以參閱下面的網站:
http://www.rahul.net/dclunie/medical-image-faq/html/
3. 獲取DICOM最新補充和更新可以訪問網站:
http://www.rahul.net/dclunie/dicomstatus/status. html
4. DICOM資源目錄:
http://www.merge.com/DICOM/
5. Philips公司提供的關於如何開發DICOM的資料:
ftp://ftp.philips.com/pub/ms/dicom/DICOM_ Infor-mation/CookBook.pdf
6. OFFIS提供的關於DICOM的網站:
http://www.offis.uni-oldenburg.de/projekte/dicom/dicom_main_e.html
7. CEN/TC251/WG4提供的關於DICOM標准的網站:
http://www.ehto.be/cen251w4/
8. 在下列網址，可以獲得一些免費的DICOM圖像瀏覽器:
http://www.expasy.ch/UIN
ftp://ftp.u.washington. edu/public/razz/
http: //rsb.info.nih.gov/nih-image/
 
原文鏈接：https://blog.csdn.net/jackmacro/article/details/5332645