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1、张日欣2022年8月3日生命科学与技术学院实验教学中心HTTP：/115.156.250.205生物医学影像系统实验DICOM格式数据的自编程序显示和处理V2015版一、实验目的：v了解DICOM标准内容v研究DICOM图像数据结构v自编程序读取数据与显示图像二、实验软件vMatlab 6.5版本及以上vUltraEdit文本/十六进制编辑器vVC+2006及以上vVB6.0及以上vDelphi7.0及以上二、实验原理v DICOMDICOM：全称是Digital Imaging Communications in Medical 该标准包括数字医学成像和通讯两个方面。由美国放射学院（ACR）
2、，美国国家电子制造协会（NEMA）共同制定。DICOM3.0 DICOM3.0 的组成的组成DICOM 3.0标准随着技术的发展，不断地进行更新，目前由18部分组成：v 第一部分：引言与概述。简要介绍了DICOM的概念及其组成。v 第二部分：兼容性。定义了要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性，即构造一个该产品的DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、服务类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。v 第三部分：信息对象的定义：定义了两类信息对象类：普通性、复合型。v 第四部分：服务类规范。说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结
3、果。v 第五部分：数据结构及编码。描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。v 第六部分：数据字典。描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素的属性及涵义。v 第七部分：消息交换。定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的服务和协议。v 第八部分：消息交换的网络通讯支持。说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议。v 第九部分：消息交换的点对点通讯支持。说明了与ACR-NEMA2.0兼容的点对点通讯的服务和协议。v 第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格式。该部分说明了在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上交换
4、不同类型的医学图像的框架，支持封装任何信息对象定义的文件格式。v 第十一部分：介质存储应用框架。用于医学图像及相关设备信息交换的兼容性声明。给出了心血管造影、超声、CT、核磁共振等图像的应用说明和CD-R格式文件交换的说明。v 第十二部分：用于介质交换的物理介质和介质格式。提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介质存储模型之间关系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体说明了各种规格的磁光盘，PC机上使用的文件系统和1.44M软盘，以及CD-R可刻写光盘。v 第十三部分：点对点通信支持的打印管理。定
5、义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持DICOM打印管理应用实体通信的必要的服务和协议。点对点通信框架提供了与第8部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。v 第十四部分：说明了灰度图像的标准显示功能。这部分仅提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度显示功能相匹配或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容程度。v 第十五部分：安全措施 v 第十六部分 内容映射资源(content mapping resource)定义了
6、标准使用的模板和上下文组。v 第十七部分 说明信息v 第十八部分 由WEB接入DICOM持久对象 DICOM3标准下载v这几部分文档是既相关又相互独立的。其中规定了Patient、Study、Series、Image 四个层次的医学图像信息结构，以及由它们组成的信息对象（Information Object）；采用服务类客户/服务类提供者（Service Class User/Service Class Provider）概念组成的服务对象对（ServiceObject Pair）；支持点对点（PPP）和TCP/IP网络通讯协议。三、实验内容1. 采用Matlab打开DICOM图像文件、观察数
7、据元素变量中的信息；2. 采用UltraEdit编辑器观察DICOM图像文件结构；3. 分析DICOM图像文件结构，分解出DICOM各数据元素；4. 采用VC+、VB或Delphi等开发工具之一编写程序：读取DICOM文件；分析关键数据元素；显示图像。四、实验步骤1. 采用Matlab读取DICOM图像文件：I=dicomread(ankle.dcm); %读取图像 读取和显示DICOM图像数据元素：metadata = dicominfo(ankle.dcm); %存储信息 metadata %显示图像元素信息 请找出DICOM图像中的一下元素的值：Rows：_、Columns：_、Bits
8、 Depth：_、PixDataGroupLength：_。Window Center： 、 Window Width： 。显示DICOM图像：imagesc(I); %显示图像 2. 采用UltraEdit编辑器观察DICOM图像文件结构,打开 ankle.dcm 文件；3. 分析DICOM图像文件结构，分解出DICOM各数据元素：DICOMDICOM文件是按照文件是按照DICOMDICOM标准而标准而存储的医学图像文件，组成如左图存储的医学图像文件，组成如左图所示。所示。图中的图中的SOP SOP 指服务对象对指服务对象对（Service-Object PairService-Object
9、 Pair）。）。一般由一个一般由一个DICOMDICOM文件头和一文件头和一个个DICOMDICOM数据集合组成。数据集合组成。DICOMDICOM数据集合是按照数据集合是按照DICOMDICOM标标准的准的PS 3.5PS 3.5部分来编码组成的。部分来编码组成的。DICOM文件组成规则1 1、DICOMDICOM文件头文件头(DICOM File Meta Information)(DICOM File Meta Information)组成：组成：(1)包含了标识数据集合的相关信息。DICOM文件都包括该文件头，最开始是文件前言，由128个00H字节组成，接下来是DICOM前缀，为4字
10、节的字符串“DICM”。(2) 除了128字节的文件前言和4字节的DICM前缀外，其它文件头元素都采用明文编码，各个数据元素排列的顺序按照标签数值Little Endian编码（小写低字节序：低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端）。(3) 每个文件头元素的长度必须为偶数，否则补充一个字节。(4) 所有(0002，*)类的标签都为DICOM所保留。为了兼容后续版本，应忽略文件中有目前尚未规定的(0002，*)类标签。2 2、数据集合、数据集合 DICOM文件主要组成部分就是数据集合。包括医学图像，还有很多相关的信息：病人姓名、图像大小等。 DICOM数据集合是由DICOM数
11、据元素按照指定的顺序依次排列组成的。 DICOM文件一般采用明文传输，数据元素按标签从小到大顺序排列，一个数据元素在数据集内至多只能出现一次。vDICOM图像文件结构：128字节DICM4字节数据元素数据元素 DICOM文件中最基本的单元是数据元素(Data Element)。DICOM数据集合就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的。 由四个部分组成: 标签、数据描述 (VR， Value Representation)、数据长度、数据域。(1) 标签是一个4字节的无符号整数，DICOM所有的数据元素都可以用标签来唯一表示。方式为：(组号，元素号)，其中组号为高位2字节，元素号为低位
12、2字节。 组号为偶数的是标准数据元素，组号为奇数的为私有数据元素。例如: 有标签(0008，0020)，可以在DICOM字典中查出其代表研究日期。(2) VR具体描述了属性值如何进行编码，指明了该数据元素中的数据的类型。在DICOM文件中，它是一个长度为2的字符串，例如，如果一个数据元素的VR为“DA”，则表示该数据元素中存储的数据为日期型数据，如果一个数据元素的VR为“FL”则表示该数据元素中存储的数据为浮点型数据。在数据元素中，VR是可选的，它取决于协商的传输数据格式。DICOM中规定了显式(Explicit VR)和隐式(Inexplicit VR)两种传输格式：显式传输时，VR必须存在
13、，用两个字符明确表示值的表示方法，如AE表示应用实体，AS表示年龄字符串，DT是日期和时间，FD表示双精度浮点数等。隐式通过标记查出DICOM对这个属性表示方法的规定，从而解释属性值的内容，隐式传输时，VR必须省略。(3) 数据长度指明该数据元素的数据域中数据的长度(字节数)。(4) 数据域中包含了该数据元素的数值。 DICOM中所有的数据都是以数据元素的形式出现的(除文件头中128字节的文件前言)。显式传输显式传输隐式传输* 无VR项vTag标签查阅DICOM3标准第六部分 数据字典4. 编程读取DICOM图像文件数据元素信息： 采用VC+、VB、Delphi Pascal开发平台编程读DI
14、COM图像文件数据元素，在memo控件中显示：Rows(0 x0028, 0010)：value _、 Columns(0 x0028, 0011)：value_、Bits Allocated(0 x0028, 0100)：value_、PixDataGroupLength(0 x7FE0, 0010)：Length_、Window Width(0 x0028,1051) ： value 、(窗宽)Window Center(0 x0028,1050)： Value 。(窗位) 采用VC+、VB、或Delphi Pascal开发平台编程读DICOM图像文件ankle.dcm，显示图像： 采用V
15、C+、VB、或Delphi Pascal开发平台编程读其他DICOM图像文件（MR或Brain目录中的文件），并显示图像。1.窗宽是图像上显示的灰度值范围，在此灰度值范围内的组织和病变均以不同的模拟灰度显示。而灰度值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，不再有灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，也不存在灰度差别。2.对图像的影响：增大窗宽，则图像所示CT值范围加大，显示具有不同密度的组织结构增多，但各结构之间的灰度差别减少。减小窗宽，则显示的组织结构减少，然而各结构之间的灰度差别增加。窗位是窗的中心位置，同样的窗宽，由于窗位不同，其所包括
16、CT值范围的CT值也有差异。例如窗宽同为300H，当窗位是0H时，其CT值范围为150150H；如窗位是40H时，则CT值范围为110190H。通常欲观察某一组织的结构及发生的病变，应以该组织的CT值为窗位。v自编程读取DICOM图像方法一：使用开发平台，如VC+、Delphi（Pascal）、VB等。用文件操作直接读取“.DCM”文件，见流程图。方法二：使用开发平台，安装DICOM图像操作开发包，如“DICOM3DSDK”，使用“DICOMImageViewer”组件读取“.DCM”文件。打开.DCM文件文件读取指针跳过128字节读取4字节是否为“DICM”？不是DICOM文件读取元素信息是
17、否匹配元素信息？返回元素信息NOYesYesNO数据是否读完？显示图像YesNO读取DICOM文件数据流程图灰度等级转换225522/255*)2(20)(WXXWCXWCWWCXWCXxY其中：C: 窗位值(window Center)W: 窗宽值(window Width)使用DICOM3DSDK组件读取DICOM文件安装DICOM3DSDK开发包调用“DICOMImageViewer”组件设置“DICOMImageViewer”组件入口参数调用“DICOMImageViewer”组件方法或过程“DICOMImageViewer”组件方法或过程返回结果五、实验报告要求1. 显示十六进制DICOM文件，并按照样式分析出各数据元素；2. 程序源程序，并说明编译和运行环境，包括：编译平台、版本；3. 自编软件界面；4. 读取的DICOM图像文件主要参数；5. 显示DICOM图像。