[游戏开发]【转】DICOM简述！！！！

转自：DICOM简述 - 简书

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• DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准（ISO 12052）。它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。
• https://www.dicomstandard.org/

一.Dicom文件的主要结构

• 主要包括文件头和像素数据两部分，文件头包括文件引言（Meta Information）和数据集（Data set）

  

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1.数据元素的组成规则

• Tag：信息的唯一性编码，两个十六进制的数的组合(Group, Element)
  * group的数值是偶数，代表是标准数据字典
  * group的数值是奇数，代表是自定义的私有数据字典
• VR(Value Representations)：DICOM定义得的数据类型
• Value Length(数据长度)：所有的数据元素都应该为偶数长度，若为奇数，需要加空格或空。
  * 奇数长度的字符串加空格
  * 奇数长度的数字加空NULL
• Value Field：数据值，长度必须是偶数

2.文件引言MetaInfo：标识一些常用信息，存储在0x0002Group里

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3.数据集DataSet：医学图像的相关的信息

Patient：病人信息，键值为Patient ID(0010, 0020)

Study：检查信息，键值为Study Instance UID(0020, 000D)

Series：序列信息，键值为Series Instance UID(0020, 000E)

Image：SOP影像信息，键值为SOP Instance UID(0008, 0018)

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4.UID的分类和三级层级关系

• UID的生成可自行写方法生成，也可使用第三库生成（DCMTK有相应的函数）

enum UID_Type
{
    UID_Study = 1,
    UID_Series,
    UID_Image 
}

std::string GenerateUniqueId(UID_Type type)
{
    char uid[100];
    switch (type)
    {
    case UID_Study:
        dcmGenerateUniqueIdentifier(uid, SITE_STUDY_UID_ROOT);
        break;
    case UID_Series:
        dcmGenerateUniqueIdentifier(uid, SITE_SERIES_UID_ROOT);
        break;
    case UID_Image:
        dcmGenerateUniqueIdentifier(uid, SITE_INSTANCE_UID_ROOT);
        break;
    default:
        std::cout << "The type of unique id that is not supported! type :" << type << std::endl;
        break;
    }
    return std::string(uid);
}

5.Dicom文件的解读步骤

1. 前128个字节为00H，然后读取4个字节，值为“DICM”，确认是DICOM格式文件
2. 其后就是meta info和data set，根据Tag读取文件数据信息
3. 直到(7fe0, 0010)，存储图像数据的位置
4. 读写一定要统一编码方式，否则同样的数据在不同的平台下会得出不同的结果

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二.Dicom标准定义的数据字典

1.标准数据字典(Stardard Data Dictionary)

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2.私有数据字典(Private Data Dictionary)

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3.数据字典格式

• Tag：属性标识，为两个十六进制的数的组合(0x0002, 0x0003），分别是Group和Element
  • Tag是按照Group和Element标签编号来排序的
• Attribute：属性名称，和Tag是一一对应的
• VR(Value Representation)：数据类型，总共有27个值
• VM(Value Multiplicity)：规定了这个属性可以包含一个或多个数据值
  • 如果是二进制的多个值，直接拼接就好，可以根据字节数来获取
  • 如果是字符串的多个值，则用‘''来分隔

4.标准命令字典(Standard Command Dictionary)

• Group为0x0000，表示的都是操作命令，例如"打印"，"存储"，"Get请求"等
• 例如(0x0000,0100)为command type，(0x0000,0110)为command message id

三.VR定义表

四.Dicom编码方式(即传输语法)

1.VR隐式和显示编码

• VR隐式编码(implicit VR encoding)

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• VR显式编码(explicit VR encoding)
  VR = OB,OW,OF,SQ,UT,UN，VR固定2个字节，其后固定两个字节(0x0000)

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VR != OB,OW,OF,SQ,UT,UN，VR固定2个字节，Value Length变成2个字节

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2.BIG/LITTLE Endian(大端模式/小端模式)

• 大端模式（Big-Endian）就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
• 小端模式（Little-Endian）就是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。
• 影响多字节类型数据的编码
  • 2-byte US, SS, OW，AT
  • 4-byte OF, UL, SL, FL
  • 8 byte FD

例如: 8-byte FD的数据6789ABCD, 
在little endian编码下是CDAB8967, 在BIG endian编码下是6789ABCD.

• DCMTK下保存数据是可以使用枚举值来指定编码类型

OFCondition status = m_fileformat.saveFile(filePath.c_str(), EXS_LittleEndianExplicit);
if (!status.good())
{
std::cout << "Save Dimcom File Error!" << std::endl;
}

/** enumeration of all DICOM transfer syntaxes known to the toolkit
 */
typedef enum {
    /// unknown transfer syntax or dataset created in-memory
    EXS_Unknown = -1,
    /// Implicit VR Little Endian
    EXS_LittleEndianImplicit = 0,
    /// Implicit VR Big Endian (pseudo transfer syntax that does not really exist)
    EXS_BigEndianImplicit = 1,
    /// Explicit VR Little Endian
    EXS_LittleEndianExplicit = 2,
    /// Explicit VR Big Endian
    EXS_BigEndianExplicit = 3,
    /// JPEG Baseline (lossy)
    EXS_JPEGProcess1 = 4,
    /// JPEG Extended Sequential (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess2_4 = 5,
    /// JPEG Extended Sequential (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess3_5 = 6,
    /// JPEG Spectral Selection, Non-Hierarchical (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess6_8 = 7,
    /// JPEG Spectral Selection, Non-Hierarchical (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess7_9 = 8,
    /// JPEG Full Progression, Non-Hierarchical (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess10_12 = 9,
    /// JPEG Full Progression, Non-Hierarchical (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess11_13 = 10,
    /// JPEG Lossless with any selection value
    EXS_JPEGProcess14 = 11,
    /// JPEG Lossless with any selection value, arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess15 = 12,
    /// JPEG Extended Sequential, Hierarchical (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess16_18 = 13,
    /// JPEG Extended Sequential, Hierarchical (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess17_19 = 14,
    /// JPEG Spectral Selection, Hierarchical (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess20_22 = 15,
    /// JPEG Spectral Selection, Hierarchical (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess21_23 = 16,
    /// JPEG Full Progression, Hierarchical (lossy, 8/12 bit)
    EXS_JPEGProcess24_26 = 17,
    /// JPEG Full Progression, Hierarchical (lossy, 8/12 bit), arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess25_27 = 18,
    /// JPEG Lossless, Hierarchical
    EXS_JPEGProcess28 = 19,
    /// JPEG Lossless, Hierarchical, arithmetic coding
    EXS_JPEGProcess29 = 20,
    /// JPEG Lossless, Selection Value 1
    EXS_JPEGProcess14SV1 = 21,
    /// Run Length Encoding (lossless)
    EXS_RLELossless = 22,
    /// Deflated Explicit VR Little Endian
    EXS_DeflatedLittleEndianExplicit = 23,
    /// JPEG-LS (lossless)
    EXS_JPEGLSLossless = 24,
    /// JPEG-LS (lossless or near-lossless mode)
    EXS_JPEGLSLossy = 25,
    /// JPEG 2000 (lossless)
    EXS_JPEG2000LosslessOnly = 26,
    /// JPEG 2000 (lossless or lossy)
    EXS_JPEG2000 = 27,
    /// JPEG 2000 part 2 multi-component extensions (lossless)
    EXS_JPEG2000MulticomponentLosslessOnly = 28,
    /// JPEG 2000 part 2 multi-component extensions (lossless or lossy)
    EXS_JPEG2000Multicomponent = 29,
    /// JPIP Referenced
    EXS_JPIPReferenced = 30,
    /// JPIP Referenced Deflate
    EXS_JPIPReferencedDeflate = 31,
    /// MPEG2 Main Profile at Main Level
    EXS_MPEG2MainProfileAtMainLevel = 32,
    /// MPEG2 Main Profile at High Level
    EXS_MPEG2MainProfileAtHighLevel = 33,
    /// MPEG4 High Profile / Level 4.1
    EXS_MPEG4HighProfileLevel4_1 = 34,
    /// MPEG4 BD-compatible High Profile / Level 4.1
    EXS_MPEG4BDcompatibleHighProfileLevel4_1 = 35,
    /// MPEG4 High Profile / Level 4.2 For 2D Video
    EXS_MPEG4HighProfileLevel4_2_For2DVideo = 36,
    /// MPEG4 High Profile / Level 4.2 For 3D Video
    EXS_MPEG4HighProfileLevel4_2_For3DVideo = 37,
    /// MPEG4 Stereo High Profile / Level 4.2
    EXS_MPEG4StereoHighProfileLevel4_2 = 38,
    /// HEVC/H.265 Main Profile / Level 5.1
    EXS_HEVCMainProfileLevel5_1 = 39,
    /// HEVC/H.265 Main 10 Profile / Level 5.1
    EXS_HEVCMain10ProfileLevel5_1 = 40,
    /// Private GE Little Endian Implicit with big endian pixel data
    EXS_PrivateGE_LEI_WithBigEndianPixelData = 41
} E_TransferSyntax;

3.分组长度编码

group的第一个元素可以记录该group的总长度，但该属性值是不是必须要写的，一个组的第一个元素(gggg,0000)可以记录改组的总长度，因为每个元素的长度是偶数，所以这个总长度的值也是偶数

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好处：
* 如果不需要读某个Group时，可以直接根据字节数跳过；这样就可以加快DICOM文件的处理过程。它在处理奇数Group的数据时候尤其明显。因为奇数的Group数值自己不能读，可以很快地跳过。
* 它也可以作为校验数据长度。

坏处：
* 在写(gggg,0000)这个元素的时候，意味着这个group中的所有元素必须首先获取到，并且在(gggg,0000)之前已经编码好。对于DICOM开发者来说，这意味着两件事：

（1）所有的元素都必须编码完成，才能编码object
（2）修改了DICOM对象中一个元素时，就不可避免地修改了它的数值长度，就需要相应的修改它的值。这样就会带来额来的负担。

4.SQ Data Element的层数和编码规则

• SQ Data Element最多3层，编码时要从下往上
  

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SQ序列中的DICOM对象数据值以(FFFE,?E000)开头，但数据长度可以不明确

1.DICOM对象数据值有明确的长度;如例1中的第一个和第二个数据对象;

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1. DICOM对象数据值没有明确的长度,标记为FFFFFFFF，需要使用(FFFE,E0DD)来识别结尾，这一项的值长度为0

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整个SQ序列数据长度也可以不明确

1.有明确的长度

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2.没有明确的长度,标记为FFFFFFFF，需要使用(FFFE,E0DD)来识别结尾，这一项的值长度为0

作者：JasonLiThirty
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来源：简书
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