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摘要：文章首先针对DICOM3.0标准，对DICOM医学图象的数据结构进行系统的分析，阐述了文件元信息，数据集和数据元素的格式；然后结合DICOM图象显示的各种方法,创建了DICOM图象显示核心类，并简要描述了部分函数的功能。
关键词：DICOM；PACS；显示；传输语法
中图分类号：TP317.4 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)04-11092-02
1 引言
DICOM标准是由美国放射学院(ACR)和美国国家电气制造商协会(NEMA)联合发起组成的一个联合委员会共同制定的，目的是解决各种医疗设备互通互联和信息交换的问题，它制定了医疗影像设备之间的数据存储与通信传输的标准。
2 DICOM文件格式解析[2][3]
DICOM医学图象文件的后缀为.dcm,一般的图象处理软件是不支持这种文件格式的。因此,如果要想在医学上对这种格式的图象进行读写或者处理，就必须对它有深刻的了解。
DICOM文件从可分为文件头和数据集两个部分。其结构如图2－1。
图1 DICOM文件结构
2.1 DICOM文件头
DICOM文件头是整个DICOM文件中最复杂的部分，包含了各种各样的信息，比如病人信息，图像采集设备信息，所存储的图像的信息等等。由于目前关心的是如何把一个DICOM文件的图像显示出来，因此可以暂时只关心和显示数据集中存储的图像数据有关的数据。
DICOM的文件头包括两个部分，首先是128个字节的保留部分，该部分通常全为00h，文件前缀占4个字节，内容是大写字母的字符串“DICM”,在文件中为十六进制的“44 49 43 4D”，该组合可以作为判断一个文件是否为DICOM文件的依据。
文件头的第二部分主要用来存储元信息（Meta Information），包括传输语法，病人姓名，文件元信息版本，媒体存储SOP类UID，传输句法UID等等。真正的图像数据紧跟在元信息之后。DICOM文件可以在单一文件中储存多幅图像，还可储存彩色图像。这些文件元素将依照Explicit VR Little Endian传输语法来编码。
2.2 DICOM数据集和数据元素
数据集表示一个现实世界信息对象的一个实例，它是由数据元素按照数据标签（Tag）的升序排列而成。数据元素主要有四个部分组成：标签(Tag），值表示类型（VR Value Representation），值长度(Value Length)，值域（Value Field），其中值表示类型是可选的，图2－2描述了数据集和数据元素的结构：
图2 数据集和数据元素结构图
数据元素标签是一个16位的无符号整数的有序对，前8位代表组号，后8位代表元素号。值表示类型是含有数据元素VR的2字节的字符串。这2个字节的VR用DICOM默认字符集来编码。数据值域含有数据元素的值，它的存储长度为偶数个字节。存储在这个字段的值的数据类型由这个数据元素的值表示类型(VR)决定。而数据集中数据元素的编码方式是由DICOM文件元信息中传输语法UID来决定。
紧接着，图像Pixel Data信息（7EE0 0010）是DICOM文件中最重要的一个数据单元。该单元包含了医学DICOM图象的显示所必须的数据。与Pixel Data信息有密切关系的其他数据元是：
图象帧数,图象行数,图象列数,分配位数,存储位数,最高位数.
Pixel Data数据的编码由分配位数，存储位数和最高位数，分配位数一定是大于存储位数的。DICOM图象的象素数据一般为16 Bits或12 Bits两种。若数据为16Bits时，则每象素二字节；若数据为12 Bits时，则每象素字节分配情况就较为复杂，需要通过判别（0028，0100），（0028，0101），（0028，0102）的值来决定每像素分配位数，存储位数和像素的最高位情况。
3 DICOM图象的显示
在上面分析了DICOM文件格式的基础上，解析文件后，获得了文件中所有数据元素的信息。在这些信息里有文件的图像信息，本节根据上一节中获得的信息将文件所封装的图像显示在屏幕上。
DICOM图象的显示主要由两种方法：（1）先读取DICOM文件，接着将读取的数据进行转换处理[4]，然后再以DIB显示DICOM图象[5]。（2）先根据上面分析的DICOM文件的结构来解析它的TAG,再获得它的每个Pixel data的信息,然后再来做映射。本文采用的是后者。
3.1 DICOM图象显示过程分析
主要是利用在上面的文件结构的来达到显示的目的的。
DICOM文件头的文件序言所占的128个字节，是用于应用简介的，用Preamble( )直接跳过。运用DicomLog（）来读取DICOM的前缀“DICM”来判断是否是DICOM文件，否的话，提示错误信息。
如果根据前缀内容判断，得到是DICOM图象，就开始继续读取的文件元信息（File Meta Information）提取相关的传输语法。接着，读取图象的pixel data信息。从图象的行数（0028 0010）、列数(0028 0011),位分配（Bits Allocated）(0028 0100)，位存储（Bits Stored）（0028 0101）和最高位（High Bit）(0028 0102)这些数据元素就可以了解图象数据元素的信息，图象的宽度和高度，以及每个图象数据元素的存储长度，实际上分配的位数，位存储的最高的位在分配中的第几位等等，运用Rows（），Columns（），BitsAllocated（），BitsStored（），HighBit（）等函数分别读取载入的DICOM图象的这些信息，以及其他相关的信息。
最后调用相关的DICOM图象的显示程序来显示的Dicom图象。（图3－1就体现了DICOM图象的显示过程。）在本文中，具体的实现描述如下：
图3 显示流程图
3.2 DICOM图象显示的实现
的程序是在目前应用最广泛的平台（Windows 操作系统）上开发的。因为 Visual C++支持面向对象编程，选用它作为开发环境。整个设计的核心是一组对 DICOM 数据集进行解码的 C++类，这些类是用面向对象方法设计出来的，而且符合医学影像标准，所涉及到的关键类继承关系如图3-2。
图4 与显示有关的类结构图
4 总结
DICOM 3.0做为医学图象存档和通信的国际标准，是所有医学影像技术的基础。而DICOM图象显示程序具有在显示工作站上显示医学图象的功能，可提供在无胶片环境下观察医学图象的方法，这是PACS系统所必需的功能。本文基于DICOM3.0标准，对 DICOM医学图象文件的数据结构进行了解析，并且在这一基础上，实现了DICOM图象的计算机显示（示例图像来源于网上），同时也为显示连续多帧DICOM医学图象的显示留了可以深入研究的余地。
本文程序读取的图像
专业软件读取的图象
参考文献：
[1]王新国. DICOM标准在PACS系统中的关键技术研究与实现[J].2004（5）.
[2]The DICOM Standard ,06_05.pdf, From http://medical.nema.org/dicom/2006/,Monday, April 24, 2006.
[3]谢长生，熊华明，陈颉. DICOM图象显示的研究与实现[J]. 计算机工程与科学，2002（6）.
[4]徐潘辉，林峰.DICOM医学数字图像格式与BMP通用图像格式转换软件的设计与实现[J].医疗设备信息 ，2006（3）.
[5]王光飞，刘杰，刘文.DICOM医学图象的调窗技术及DIB显示[M].医疗设备. 2005（8）.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：DICOM；PACS；显示；传输语法
中图分类号：TP317.4 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)04-11092-02
1 引言
DICOM标准是由美国放射学院(ACR)和美国国家电气制造商协会(NEMA)联合发起组成的一个联合委员会共同制定的，目的是解决各种医疗设备互通互联和信息交换的问题，它制定了医疗影像设备之间的数据存储与通信传输的标准。
2 DICOM文件格式解析[2][3]
DICOM医学图象文件的后缀为.dcm,一般的图象处理软件是不支持这种文件格式的。因此,如果要想在医学上对这种格式的图象进行读写或者处理，就必须对它有深刻的了解。
DICOM文件从可分为文件头和数据集两个部分。其结构如图2－1。
图1 DICOM文件结构
2.1 DICOM文件头
DICOM文件头是整个DICOM文件中最复杂的部分，包含了各种各样的信息，比如病人信息，图像采集设备信息，所存储的图像的信息等等。由于目前关心的是如何把一个DICOM文件的图像显示出来，因此可以暂时只关心和显示数据集中存储的图像数据有关的数据。
DICOM的文件头包括两个部分，首先是128个字节的保留部分，该部分通常全为00h，文件前缀占4个字节，内容是大写字母的字符串“DICM”,在文件中为十六进制的“44 49 43 4D”，该组合可以作为判断一个文件是否为DICOM文件的依据。
文件头的第二部分主要用来存储元信息（Meta Information），包括传输语法，病人姓名，文件元信息版本，媒体存储SOP类UID，传输句法UID等等。真正的图像数据紧跟在元信息之后。DICOM文件可以在单一文件中储存多幅图像，还可储存彩色图像。这些文件元素将依照Explicit VR Little Endian传输语法来编码。
2.2 DICOM数据集和数据元素
数据集表示一个现实世界信息对象的一个实例，它是由数据元素按照数据标签（Tag）的升序排列而成。数据元素主要有四个部分组成：标签(Tag），值表示类型（VR Value Representation），值长度(Value Length)，值域（Value Field），其中值表示类型是可选的，图2－2描述了数据集和数据元素的结构：
图2 数据集和数据元素结构图
数据元素标签是一个16位的无符号整数的有序对，前8位代表组号，后8位代表元素号。值表示类型是含有数据元素VR的2字节的字符串。这2个字节的VR用DICOM默认字符集来编码。数据值域含有数据元素的值，它的存储长度为偶数个字节。存储在这个字段的值的数据类型由这个数据元素的值表示类型(VR)决定。而数据集中数据元素的编码方式是由DICOM文件元信息中传输语法UID来决定。
紧接着，图像Pixel Data信息（7EE0 0010）是DICOM文件中最重要的一个数据单元。该单元包含了医学DICOM图象的显示所必须的数据。与Pixel Data信息有密切关系的其他数据元是：
图象帧数,图象行数,图象列数,分配位数,存储位数,最高位数.
Pixel Data数据的编码由分配位数，存储位数和最高位数，分配位数一定是大于存储位数的。DICOM图象的象素数据一般为16 Bits或12 Bits两种。若数据为16Bits时，则每象素二字节；若数据为12 Bits时，则每象素字节分配情况就较为复杂，需要通过判别（0028，0100），（0028，0101），（0028，0102）的值来决定每像素分配位数，存储位数和像素的最高位情况。
3 DICOM图象的显示
在上面分析了DICOM文件格式的基础上，解析文件后，获得了文件中所有数据元素的信息。在这些信息里有文件的图像信息，本节根据上一节中获得的信息将文件所封装的图像显示在屏幕上。
DICOM图象的显示主要由两种方法：（1）先读取DICOM文件，接着将读取的数据进行转换处理[4]，然后再以DIB显示DICOM图象[5]。（2）先根据上面分析的DICOM文件的结构来解析它的TAG,再获得它的每个Pixel data的信息,然后再来做映射。本文采用的是后者。
3.1 DICOM图象显示过程分析
主要是利用在上面的文件结构的来达到显示的目的的。
DICOM文件头的文件序言所占的128个字节，是用于应用简介的，用Preamble( )直接跳过。运用DicomLog（）来读取DICOM的前缀“DICM”来判断是否是DICOM文件，否的话，提示错误信息。
如果根据前缀内容判断，得到是DICOM图象，就开始继续读取的文件元信息（File Meta Information）提取相关的传输语法。接着，读取图象的pixel data信息。从图象的行数（0028 0010）、列数(0028 0011),位分配（Bits Allocated）(0028 0100)，位存储（Bits Stored）（0028 0101）和最高位（High Bit）(0028 0102)这些数据元素就可以了解图象数据元素的信息，图象的宽度和高度，以及每个图象数据元素的存储长度，实际上分配的位数，位存储的最高的位在分配中的第几位等等，运用Rows（），Columns（），BitsAllocated（），BitsStored（），HighBit（）等函数分别读取载入的DICOM图象的这些信息，以及其他相关的信息。
最后调用相关的DICOM图象的显示程序来显示的Dicom图象。（图3－1就体现了DICOM图象的显示过程。）在本文中，具体的实现描述如下：
图3 显示流程图
3.2 DICOM图象显示的实现
的程序是在目前应用最广泛的平台（Windows 操作系统）上开发的。因为 Visual C++支持面向对象编程，选用它作为开发环境。整个设计的核心是一组对 DICOM 数据集进行解码的 C++类，这些类是用面向对象方法设计出来的，而且符合医学影像标准，所涉及到的关键类继承关系如图3-2。
图4 与显示有关的类结构图
4 总结
DICOM 3.0做为医学图象存档和通信的国际标准，是所有医学影像技术的基础。而DICOM图象显示程序具有在显示工作站上显示医学图象的功能，可提供在无胶片环境下观察医学图象的方法，这是PACS系统所必需的功能。本文基于DICOM3.0标准，对 DICOM医学图象文件的数据结构进行了解析，并且在这一基础上，实现了DICOM图象的计算机显示（示例图像来源于网上），同时也为显示连续多帧DICOM医学图象的显示留了可以深入研究的余地。
本文程序读取的图像
专业软件读取的图象
参考文献：
[1]王新国. DICOM标准在PACS系统中的关键技术研究与实现[J].2004（5）.
[2]The DICOM Standard ,06_05.pdf, From http://medical.nema.org/dicom/2006/,Monday, April 24, 2006.
[3]谢长生，熊华明，陈颉. DICOM图象显示的研究与实现[J]. 计算机工程与科学，2002（6）.
[4]徐潘辉，林峰.DICOM医学数字图像格式与BMP通用图像格式转换软件的设计与实现[J].医疗设备信息 ，2006（3）.
[5]王光飞，刘杰，刘文.DICOM医学图象的调窗技术及DIB显示[M].医疗设备. 2005（8）.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。