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基于DICOM 標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)與訪問的研究
徐磊 ，王英 ，張耀軍
(1．華北電力大學(xué)(北京)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，北京102206；2．公安部第一研究所，北京10220o)
[中圈分類號(hào)】TP39 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)】1002—2376(2005l 11一oooi一04
[摘要]本文詳細(xì)介紹了基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)圖像文件格式和數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)，介紹了我們?cè)赪indows
環(huán)境下利用C++研制實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)與訪問系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)中醫(yī)學(xué)圖像的存儲(chǔ)
結(jié)構(gòu)與讀寫算法，該方案在一個(gè)實(shí)用的口腔數(shù)字影像系統(tǒng)中通過了驗(yàn)證。
[關(guān)鍵詞]醫(yī)學(xué)圖像；DICOM (Digita1 Imaging and Communications in Medicine)；醫(yī)學(xué)存檔和通訊系統(tǒng)
(PACS)；數(shù)據(jù)集
1 引言
DICOM (Digital Imaging and Communications in
Medicine)是一種規(guī)定數(shù)字醫(yī)學(xué)影像和相關(guān)信息的格
式及其信息交換方法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)
展。以下是DICOM最新版本各個(gè)組成部分：
第一部分：引言與概述。簡(jiǎn)要介紹了DICOM標(biāo)
準(zhǔn)的概念及其組成。
第二部分：兼容性。
第三部分：信息對(duì)象定義。對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像存儲(chǔ)
和通信方面的信息對(duì)象提供了抽象的定義。
第四部分：服務(wù)類。詳細(xì)論述了作用在信息對(duì)象
上的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。
第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼。描述了怎樣對(duì)信息
對(duì)象類和服務(wù)類進(jìn)行構(gòu)造和編碼。
第六部分：數(shù)據(jù)字典。DICOM中所有表示信息
的數(shù)據(jù)元素定義的集合。
第七部分：消息交換。定義醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用實(shí)體進(jìn)
行消息交換通訊時(shí)用到的服務(wù)和協(xié)議。
第八部分：消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。
第九部分：消息交換的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊支持。
第十部分：用于介質(zhì)交換的介質(zhì)存儲(chǔ)和文件格
式。
第十一部分：介質(zhì)存儲(chǔ)應(yīng)用規(guī)范。
第十二部分：物理介質(zhì)和介質(zhì)格式。
第十三部分：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信支持的打印管理。
第十四部分：圖像灰度標(biāo)準(zhǔn)顯示功能。
第十五部分：安全措施。
收稿日期：2OO5—09—26
醫(yī)療裝備2OO5第l1期
第十六部分：標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容參考資源。
DICOM標(biāo)準(zhǔn)各部分相互聯(lián)系，圖1顯示了DI．
COM標(biāo)準(zhǔn)各部分的關(guān)聯(lián)情況。
第1O
部分
用于
介質(zhì)
交換
的介
質(zhì)存
儲(chǔ)和
文件
格式
第l1
部分
第4部分服務(wù)類
第3部分
信息對(duì)象定義
第5部分
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼
第14
部分
灰度
標(biāo)準(zhǔn)
顯示
功能
第6
部分
數(shù)據(jù)
字典
第7部分
DICOM消息交換
霎 消息交 赫訊支持
田1 DICOM標(biāo)準(zhǔn)組成邵分關(guān)聯(lián)田
本文所研究的就是DICOM的第十部分，關(guān)于介
質(zhì)存儲(chǔ)和文件格式，這主要基于PACS系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)
域的應(yīng)用。PACS(Picture Archiving and Communication
System)是圖像存檔和通訊系統(tǒng)，它以數(shù)字的方法來
存儲(chǔ)、管理、傳送和顯示醫(yī)學(xué)影像和相關(guān)信息，具有
圖像質(zhì)量高，存儲(chǔ)、傳輸和復(fù)制無(wú)失真，傳送迅速，
影像資料可共享等突出的特點(diǎn)。為了提升醫(yī)療服務(wù)水
準(zhǔn)，跟隨醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)眾多
醫(yī)院都在大量配備各種數(shù)字影像設(shè)備，并開始建立醫(yī)
院管理信息系統(tǒng)(HIS)，開展遠(yuǎn)程醫(yī)療試驗(yàn)。因此，
】
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對(duì)于圖像存檔和通訊系統(tǒng)(PACS)的需求也越來越
緊迫，PACS的應(yīng)用前景十分誘人。PACS必需解決的
技術(shù)問題之一就是統(tǒng)一各種數(shù)字化影像設(shè)備的圖像數(shù)
據(jù)的存儲(chǔ)格式。
2 基于D】C0M標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)圖像文件
DICOM文件提供了一種封裝方式，將DICOM信
息對(duì)象定義IOD的一個(gè)SOP實(shí)例以數(shù)據(jù)集的形式封
裝在一個(gè)文件中。數(shù)據(jù)集的字節(jié)流位于DICOM文件
頭信息之后，每個(gè)文件包含一個(gè)單一的SOP實(shí)例。
這個(gè)實(shí)例包含有一幀或多幀圖像�；贒ICOM標(biāo)準(zhǔn)
的醫(yī)學(xué)圖像文件由文件頭信息(File Meta Information)
和數(shù)據(jù)集(Data Set)部分組成。結(jié)構(gòu)如圖2所示。
DIC0M l 1 DIC0M
SOP實(shí)例I l SOP實(shí)例
ll DICOM第五部分編碼 ll
lDICOM文l l DICOM數(shù)
件頭信息J l據(jù)集
-個(gè)文件包含一個(gè)SOP實(shí)
lD件ICOM文l IDICOM數(shù)1
頭信息J l據(jù)集 J
- 個(gè)文件包含一個(gè)SOP實(shí)例
多個(gè)DICOM格式的文件集合
田2 DICOM標(biāo)準(zhǔn)的圖像文件存循格式
(1)數(shù)據(jù)集(Data Set)與數(shù)據(jù)元素(Data Ele．
ment)
數(shù)據(jù)集部分是由若干個(gè)數(shù)據(jù)元素組成，按數(shù)據(jù)元
素標(biāo)記中的組號(hào)以及元素號(hào)數(shù)值增加的方式進(jìn)行排
序，依次排列。每個(gè)數(shù)據(jù)元素代表病人相關(guān)信息
(IOD)或象素點(diǎn)數(shù)據(jù)(Pixel Data)，其基本格式如圖
3所示。
圈3 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)
整個(gè)數(shù)據(jù)集部分是由數(shù)據(jù)元素組合而成的，病人
相關(guān)信息和圖像象素點(diǎn)數(shù)據(jù)都是單個(gè)的數(shù)據(jù)元素，而
每個(gè)數(shù)據(jù)元素又包括如下幾部分：
標(biāo)簽(Tag)：包括組號(hào)和元素號(hào)兩部分(group，
element)，一對(duì)有序16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，前16位表示
組號(hào)，后16位表示元素號(hào)。
元素類型VR (Value Representation)：兩個(gè)字節(jié)的
字符串，表示數(shù)據(jù)元素值的類型，例如：cs、uI、
UL等。這是一個(gè)可選擇的域，是否含有VR依賴于
通訊時(shí)的傳輸語(yǔ)法。
數(shù)據(jù)元素值的長(zhǎng)度(Value Length)：16位或32
位無(wú)符號(hào)整數(shù)。記錄數(shù)據(jù)元素值的長(zhǎng)度，始終為偶
2
數(shù)。
值域(Value Field)：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素的值，始終為、
偶數(shù)個(gè)字節(jié)。
(2)帶vR的數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)(Data Element Struc．
ture with Explicit VR)
所謂帶vR的數(shù)據(jù)元素就是整個(gè)數(shù)據(jù)集中的所有
數(shù)據(jù)元素都必須帶有V R域。這種類型的數(shù)據(jù)元素結(jié)
構(gòu)比較復(fù)雜，依賴于V R的值不同，其結(jié)構(gòu)也不同。
經(jīng)總結(jié)分別說明(見表1、表2)。
表1 帶VR域。且VR值為0B、OW或SQ的數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)
標(biāo)簽( r 長(zhǎng)度 值域
日g) vR (V
alue ) (Value Field)
組號(hào) 元素號(hào) 包含兩個(gè)
16位 16位 字符的字 保留部 32位無(wú)符號(hào) 描述數(shù)據(jù)元
無(wú)符號(hào) 無(wú)符號(hào) 符串(其 分，值為 整數(shù) 素值的偶數(shù)
整數(shù) 整數(shù) 值為OB、 0000Hl 字節(jié)
OW、sQ)
2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 4字節(jié) 值長(zhǎng)度部分記
錄的字節(jié)數(shù)
表2 帶vR域。且VR值不是0B、OW或SQ的數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)
標(biāo)簽( r 長(zhǎng)度 值域
日g) vR (Val
uelength) (Value Field)
組號(hào) 元素號(hào) 包含兩個(gè)字 描述數(shù)據(jù)元素
16位無(wú) 16位無(wú) 符的字符串 16位無(wú)符號(hào)整數(shù) 值的偶數(shù)字節(jié)
符號(hào)整數(shù) 符號(hào)整數(shù)
2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 值長(zhǎng)度部分記
錄的字節(jié)數(shù)
(3)隱藏VR 的數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)(Data Element
Structure with Implicit VR)
所謂隱藏VR的數(shù)據(jù)元素就是整個(gè)數(shù)據(jù)集中的所
有數(shù)據(jù)元素不帶有VR域，其結(jié)構(gòu)見表3。
表3 隱藏VR的數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)
標(biāo)簽( r 長(zhǎng)度 值域
日g) (V
alueI~sth) (Value Field)
組號(hào) 元素號(hào) 32位無(wú) 描述數(shù)據(jù)元素
16位無(wú)符號(hào)整數(shù) 16位無(wú)符號(hào)整數(shù) 符號(hào)整數(shù) 值的偶數(shù)字節(jié)
2字節(jié) 2字節(jié) 4字節(jié) 值長(zhǎng)度部分記
錄的字節(jié)數(shù)
(4)文件頭信息結(jié)構(gòu)(FileMetaInformation)
文件頭信息標(biāo)識(shí)文件為DICOM文件，除前邊128
字節(jié)的文件前言和4字節(jié)的“DICM”前綴外，其余部分
為單個(gè)的數(shù)據(jù)元素，我們根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)結(jié)構(gòu)見表4。
3 圖像存儲(chǔ)與訪問算法
根據(jù)前述確立的文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，我們定義了相應(yīng)
的c++類的體系，并實(shí)現(xiàn)了基于該數(shù)據(jù)描述模型上
的訪問算法。
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