转自:/assassinx/archive//01/09/dicomViewer.html
Dicom全称是医学数字图像与通讯,这里讲的暂不涉及通讯的问题 只讲*.dcm 也就是diocm格式文件的读取,读取本身是没啥难度的 无非就是字节码数据流处理。只不过确实比较繁琐。
好了 正题
分析
整体结构先是128字节所谓的导言部分,说俗点就是没啥意义的破数据 跳过就是了,然后是dataElement依次排列的方式 就是一个dataElement接一个dataElement的方式排到文件结尾 通俗的讲dataElement就是指tag 就是破Dicom标准里定义的数据字典。tag是4个字节表示的 前两字节是组号后两字节是偏移号 比如0008,0018。所有dataElement在文件中都是按tag排序的 比如0002,0001 0002,0002 0003,0011
文件整体结构如下:
论文里的这图总结的很好,因此就直接贴上来了。
单个dataElement的结构如下:
显式VR:VR为OB(Other Byte string) OW(Other Wordstring)OF(Other Floatstring)UT(Unlimited Text) SQ(SeQuence of item) UN(UNkown)的元素结构
显式VR:VR为普通类型时元素结构(少了预留那一行)
隐式VR时的元素结构
要问VR是啥东东 ,它是值表示法。那啥叫值表示法啊?俺也不懂。不过 int string short ushort 懂?VR就是这个意思,Dicom标准真坑爹 非要整个怪怪的概念。
VR总共27个 跟c#值类型对应关系我都写好了:
1 string getVF(string VR, byte[] VF)2 {3string VFStr = string.Empty;4switch (VR)5{6 case "SS":7 VFStr = BitConverter.ToInt16(VF, 0).ToString();8 break;9 case "US":10 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString();11 12 break;13 case "SL":14 VFStr = BitConverter.ToInt32(VF, 0).ToString();15 16 break;17 case "UL":18 VFStr = BitConverter.ToUInt32(VF, 0).ToString();19 20 break;21 case "AT":22 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString();23 24 break;25 case "FL":26 VFStr = BitConverter.ToSingle(VF, 0).ToString();27 28 break;29 case "FD":30 VFStr = BitConverter.ToDouble(VF, 0).ToString();31 32 break;33 case "OB":34 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);35 break;36 case "OW":37 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);38 break;39 case "SQ":40 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);41 break;42 case "OF":43 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);44 break;45 case "UT":46 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);47 break;48 case "UN":49 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);50 break;51 default:52 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);53 break;54}55return VFStr;56 }
找个dicom文件在十六进制编辑器下瞧瞧 给你整明白:
所有dataElement从前到后按tag又可简单分段:
几个特殊的tag很重要 前面说过了tag就是dicom里定义的字典。文件元dataElement 和跟像素数据相关的dataElement 都很重要,其他的很多 如果全部照顾完的话估计得写上千行switch语句吧,所以没有必要。一般我们只抓取关键的tag。并且在隐式语法下要确定VR,当然这些都是根据字典来确定
关键的tag如下:
1 string getVR(string tag)2 {3switch (tag)4{5 case "0002,0000"://文件元信息长度6 return "UL";7 break;8 case "0002,0010"://传输语法9 return "UI";10 break;11 case "0002,0013"://文件生成程序的标题12 return "SH";13 break;14 case "0008,0005"://文本编码15 return "CS";16 break;17 case "0008,0008":18 return "CS";19 break;20 case "0008,1032"://成像时间21 return "SQ";22 break;23 case "0008,1111":24 return "SQ";25 break;26 case "0008,0020"://检查日期27 return "DA";28 break;29 case "0008,0060"://成像仪器30 return "CS";31 break;32 case "0008,0070"://成像仪厂商33 return "LO";34 break;35 case "0008,0080":36 return "LO";37 break;38 case "0010,0010"://病人姓名39 return "PN";40 break;41 case "0010,0020"://病人id42 return "LO";43 break;44 case "0010,0030"://病人生日45 return "DA";46 break;47 case "0018,0060"://电压48 return "DS";49 break;50 case "0018,1030"://协议名51 return "LO";52 break;53 case "0018,1151":54 return "IS";55 break;56 case "0020,0010"://检查ID57 return "SH";58 break;59 case "0020,0011"://序列60 return "IS";61 break;62 case "0020,0012"://成像编号63 return "IS";64 break;65 case "0020,0013"://影像编号66 return "IS";67 break;68 case "0028,0002"://像素采样1为灰度3为彩色69 return "US";70 break;71 case "0028,0004"://图像模式MONOCHROME2为灰度72 return "CS";73 break;74 case "0028,0010"://row高75 return "US";76 break;77 case "0028,0011"://col宽78 return "US";79 break;80 case "0028,0100"://单个采样数据长度81 return "US";82 break;83 case "0028,0101"://实际长度84 return "US";85 break;86 case "0028,0102"://采样最大值87 return "US";88 break;89 case "0028,1050"://窗位90 return "DS";91 break;92 case "0028,1051"://窗宽93 return "DS";94 break;95 case "0028,1052":96 return "DS";97 break;98 case "0028,1053":99 return "DS";100 break;101 case "0040,0008"://文件夹标签102 return "SQ";103 break;104 case "0040,0260"://文件夹标签105 return "SQ";106 break;107 case "0040,0275"://文件夹标签108 return "SQ";109 break;110 case "7fe0,0010"://像素数据开始处111 return "OW";112 break;113 default:114 return "UN";115 break;116}117 }
最关键的两个tag:
0002,0010普通tag的读取方式 little字节序还是big字节序 隐式VR还是显示VR。由它的值决定
1 switch (VFStr)2 {3case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little4 isLitteEndian = true;5 isExplicitVR = true;6 break;7case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big8 isLitteEndian = false;9 isExplicitVR = true;10 break;11case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little12 isLitteEndian = true;13 isExplicitVR = false;14 break;15default:16 break;17 }
7fe0,0010像素数据开始处
整理
根据以上的分析相信解析一个dicom格式文件的过程已经很清晰了吧
第一步:跳过128字节导言部分,并读取"DICM"4个字符 以确认是dicom格式文件
第二步:读取第一部分 也就是非常重要的文件元dataElement 。读取所有0002开头的tag 并根据0002,0010的值确定传输语法。文件元tag部分的数据元素都是以显式VR的方式表示的 读取它的值 也就是字节码处理 别告诉我说你不会字节码处理哈。传输语法 说得那么官方,你就忽悠吧 其实就确定两个东西而已
1字节序这个基本上都是little字节序。举个例子吧十进制数 35280 用十六进制表示是0xff00但是存储到文件中你用十六进制编辑器打开你看到的是这个样子00ff 这就是little字节序。平常我们用的x86PC在windows下都是little字节序 包括AMD的CPU。别太较真 较真的话这个问题又可以写篇博客了。
2确定从0002以后的dataElement的VR是显示还是隐式。说来说去0002,0010的值就 那么固定几个 并且只能是那么几个 这些都在那个北美放射学会定义的dicom标准的第六章 有说明 :
上面的那段代码其实就是这个表格的实现,讲到这里你会觉得多么的坑爹啊 是的dicom面向对象的破概念非常烦的。
第三步:读取普通tag 直到搜寻到7fe0,0010 这个最巨体的存储图像数据的 dataElement 它一个顶别人几十个 上百个。我们在前一步已经把VR是显示还是隐式确定 通过前面的图 ,也就是字节码处理而已无任何压力。显示情况下根据VR 和Len确定数据类型跟数据长度直接读取就可以了。隐式情况下这破玩艺儿有点烦,只能根据tag 字典确定它是什么VR再才能读取。关于这个字典也在dicom标准的第六章。上面倒数第二段代码已经把重要的字典都列了出来。
第四步:读取灰度像素数据并调窗 以GDI的方式显示出来。 说实话开始我还以为dicom这种号称医学什么影像的专家制定出来的标准 读取像素数据应该有难度吧 结果没想到这么的傻瓜。直接按像素从左到右从上到下 一行行依次扫描。两个字节表示1个像素普通Dicom格式存储的是16位的灰度图像,其实有效数据只有12位,除去0 所以最高值是2047。比如CT值 从-1000到+1000,空气的密度为-1000 水的密度为0 金属的密度为+1000 总共的值为2000
调窗技术:
即把12级灰度的数据 通过调节窗宽窗位并让他在RGB模式下显示出来。还技术呢 说实话这个也是没什么技术含量的所谓的技术,两句代码给你整明白。
调节窗宽窗位到底什么意思,12位的数据那么它总共有2047个等级的灰度 没有显示设备可以体现两千多级的明暗度 就算有我们肉眼也无法分辨更无法诊断。我们要诊断是要提取关键密度值的数据 在医院放射科呆久了你一定经常听医生讲什么骨窗 肺窗 之类的词儿,这就是指的这个“窗”。比如有病人骨折了打了钢板我们想看金属部分来诊断 那么我们应该抓取CT值从800到1000 密度的像素 也就是灰度值 然后把它放到RGB模式下显示,低于800的不论值大小都显示黑色 高于1000的不论值大小都显示白色。
通过以上例子那么这个范围1000-800=200 这个200表示窗宽,800+(200/2)这个表示窗位
一句话,从2047个等级的灰度里选取一个范围放到0~255的灰度环境里显示。
怎样把12位灰度影射到8位灰度显示出来呢,还怎么显示 上面方法都给说明了基本上算半成品了。联想到角度制弧度制,设要求的8位灰度值为x 已知的12位灰度值为y那么:x/255=y/2047 那么x=255y/2047 原理不多讲 等比中项十字相乘法 这个是初中的知识哈。初中没读过的童鞋飘过。。。
原理过程讲完了
代码走起
1 class DicomHandler2{3 string fileName = "";4 Dictionary<string, string> tags = new Dictionary<string, string>();//dicom文件中的标签5 BinaryReader dicomFile;//dicom文件流6 7 //文件元信息8 public Bitmap gdiImg;//转换后的gdi图像9 UInt32 fileHeadLen;//文件头长度10 long fileHeadOffset;//文件数据开始位置11 UInt32 pixDatalen;//像素数据长度12 long pixDataOffset = 0;//像素数据开始位置13 bool isLitteEndian = true;//是否小字节序(小端在前 、大端在前)14 bool isExplicitVR = true;//有无VR15 16 //像素信息17 int colors;//颜色数 RGB为3 黑白为118 public int windowWith = 2048, windowCenter = 2048 / 2;//窗宽窗位19 int rows, cols;20 public void readAndShow(TextBox textBox1)21 {22 if (fileName == string.Empty)23 return;24 dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName));25 26 //跳过128字节导言部分27 dicomFile.BaseStream.Seek(128, SeekOrigin.Begin);28 29 if (new string(dicomFile.ReadChars(4)) != "DICM")30 {31 MessageBox.Show("没有dicom标识头,文件格式错误");32 return;33 }34 35 36 tagRead();37 38 IDictionaryEnumerator enor = tags.GetEnumerator();39 while (enor.MoveNext())40 {41 if (enor.Key.ToString().Length > 9)42 {43 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + "\r\n";44 textBox1.Text += enor.Value.ToString().Replace('\0', ' ');45 }46 else47 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + enor.Value.ToString().Replace('\0', ' ') + "\r\n";48 }49 dicomFile.Close();50 }51 public DicomHandler(string _filename)52 {53 fileName = _filename;54 }55 56 public void saveAs(string filename)57 {58 switch (filename.Substring(filename.LastIndexOf('.')))59 {60 case ".jpg":61 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);62 break;63 case ".bmp":64 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);65 break;66 case ".png":67 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png);68 break;69 default:70 break;71 }72 }73 public bool getImg( )//获取图像 在图像数据偏移量已经确定的情况下74 {75 if (fileName == string.Empty)76 return false;77 78 int dataLen, validLen;//数据长度 有效位79 int imgNum;//帧数80 81 rows = int.Parse(tags["0028,0010"].Substring(5));82 cols = int.Parse(tags["0028,0011"].Substring(5));83 84 colors = int.Parse(tags["0028,0002"].Substring(5));85 dataLen = int.Parse(tags["0028,0100"].Substring(5));86 validLen = int.Parse(tags["0028,0101"].Substring(5));87 88 gdiImg = new Bitmap(cols, rows);89 90 BinaryReader dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName));91 92 dicomFile.BaseStream.Seek(pixDataOffset, SeekOrigin.Begin);93 94 long reads = 0;95 for (int i = 0; i < gdiImg.Height; i++)96 {97 for (int j = 0; j < gdiImg.Width; j++)98 {99 if (reads >= pixDatalen)100break;101 byte[] pixData = dicomFile.ReadBytes(dataLen / 8 * colors);102 reads += pixData.Length;103 104 Color c = Color.Empty;105 if (colors == 1)106 {107int grayGDI;108 109double gray = BitConverter.ToUInt16(pixData, 0);110//调窗代码,就这么几句而已 111//1先确定窗口范围 2映射到8位灰度112int grayStart = (windowCenter - windowWith / 2);113int grayEnd = (windowCenter + windowWith / 2);114 115if (gray < grayStart)116 grayGDI = 0;117else if (gray > grayEnd)118 grayGDI = 255;119else120{121 grayGDI = (int)((gray - grayStart) * 255 / windowWith);122}123 124if (grayGDI > 255)125 grayGDI = 255;126else if (grayGDI < 0)127 grayGDI = 0;128c = Color.FromArgb(grayGDI, grayGDI, grayGDI);129 }130 else if (colors == 3)131 {132c = Color.FromArgb(pixData[0], pixData[1], pixData[2]);133 }134 135 gdiImg.SetPixel(j, i, c);136 }137 }138 139 dicomFile.Close();140 return true;141 }142 void tagRead()//不断读取所有tag 及其值 直到碰到图像数据 (7fe0 0010 )143 {144 bool enDir = false;145 int leve = 0;146 StringBuilder folderData = new StringBuilder();//该死的文件夹标签147 string folderTag = "";148 while (dicomFile.BaseStream.Position + 6 < dicomFile.BaseStream.Length)149 {150 //读取tag151 string tag = dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4") + "," +152 dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4");153 154 string VR = string.Empty;155 UInt32 Len = 0;156 //读取VR跟Len157 //对OB OW SQ 要做特殊处理 先置两个字节0 然后4字节值长度158 //------------------------------------------------------这些都是在读取VR一步被阻断的情况159 if (tag.Substring(0, 4) == "0002")//文件头 特殊情况160 {161 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2));162 163 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")164 {165dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current);166Len = dicomFile.ReadUInt32();167 }168 else169Len = dicomFile.ReadUInt16();170 }171 else if (tag == "fffe,e000" || tag == "fffe,e00d" || tag == "fffe,e0dd")//文件夹标签172 {173 VR = "**";174 Len = dicomFile.ReadUInt32();175 }176 else if (isExplicitVR == true)//有无VR的情况177 {178 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2));179 180 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")181 {182dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current);183Len = dicomFile.ReadUInt32();184 }185 else186Len = dicomFile.ReadUInt16();187 }188 else if (isExplicitVR == false)189 {190 VR = getVR(tag);//无显示VR时根据tag一个一个去找 真烦啊。191 Len = dicomFile.ReadUInt32();192 }193 //判断是否应该读取VF 以何种方式读取VF194 //-------------------------------------------------------这些都是在读取VF一步被阻断的情况195 byte[] VF = { 0x00 };196 197 if (tag == "7fe0,0010")//图像数据开始了198 {199 pixDatalen = Len;200 pixDataOffset = dicomFile.BaseStream.Position;201 dicomFile.BaseStream.Seek(Len, SeekOrigin.Current);202 VR = "UL";203 VF = BitConverter.GetBytes(Len);204 }205 else if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue))//靠 遇到文件夹开始标签了206 {207 if (enDir == false)208 {209enDir = true;210folderData.Remove(0, folderData.Length);211folderTag = tag;212 }213 else214 {215leve++;//VF不赋值216 }217 }218 else if ((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue))//文件夹结束标签219 {220 if (enDir == true)221 {222enDir = false;223 }224 else225 {226leve--;227 }228 }229 else230 VF = dicomFile.ReadBytes((int)Len);231 232 string VFStr;233 234 VFStr = getVF(VR, VF);235 236 //----------------------------------------------------------------针对特殊的tag的值的处理237 //特别针对文件头信息处理238 if (tag == "0002,0000")239 {240 fileHeadLen = Len;241 fileHeadOffset = dicomFile.BaseStream.Position;242 }243 else if (tag == "0002,0010")//传输语法 关系到后面的数据读取244 {245 switch (VFStr)246 {247case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little248 isLitteEndian = true;249 isExplicitVR = true;250 break;251case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big252 isLitteEndian = false;253 isExplicitVR = true;254 break;255case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little256 isLitteEndian = true;257 isExplicitVR = false;258 break;259default:260 break;261 }262 }263 for (int i = 1; i <= leve; i++)264 tag = "--" + tag;265 //------------------------------------数据搜集代码266 if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue) || leve > 0)//文件夹标签代码267 {268 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + "):" + VFStr);269 }270 else if (((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue)) && leve == 0)//文件夹结束标签271 {272 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + "):" + VFStr);273 tags.Add(folderTag + "SQ", folderData.ToString());274 }275 else276 tags.Add(tag, "(" + VR + "):" + VFStr);277 }278 }279 }
好了收工。
测试下成果
1 if (openFileDialog1.ShowDialog() != DialogResult.OK)2return;3 4 string fileName = openFileDialog1.FileName;5 6 handler = new DicomHandler(fileName);7 8 handler.readAndShow(textBox1);9 10 this.Text = "DicomViewer-" + openFileDialog1.FileName;11 12 13 backgroundWorker1.RunWorkerAsync();
这里处理gdi位图的时候直接用的setPix 处理速度比较慢所以用了backgroundWorker,实际应用中请使用内存缓冲跟指针的方式,否则效率低了是得不到客户的认可的哦,gdi位图操作可使用lockBits加指针的方式 ,12位的灰度像素数据可以第一次读取后缓存到内存中 以方便后面调窗的快速读取优化这点代码也不难哈 对指针什么的熟点就行了,前几章都有。
这是ezDicom 经过公认测试的软件 我们来跟他对比一下,打开调窗测试,我们注意到两个东西 在没有窗宽窗位时 默认窗宽是2047+1即2048 窗位是2048/2即1024。直观的感受是调窗宽像在调图像对比度 ,调窗位像在调图像亮度。窗宽为255的时候图像是最瑞丽的,这是因为255其实就是8位图像的默认窗宽。注意窗位那里有小小区别,ez窗位显示的是根据1024那里为0开始偏移 而我的程序是根据窗宽中间值没有偏移,没有偏移的情况稍微符合逻辑点吧。但是可以看到原理是一样的 结果是一样的。
源码下载测试dcm文件:猛击此处
最近也没有以前写的文章那么欢乐了 不知道为什么,长大了 没有以前开心了 呵呵 。
筒子们新年快乐。
这篇文章发布很久了 感谢朋友们的关注,分析讲解跟代码有点混乱 感觉有点敷衍了事纯粹赚人气的感觉 对不住大家了。另外本文的调窗代码是有问题的 升级版本请看《医学影像调窗技术》一文中的改进代码。
如果觉得《【转】Dicom格式文件解析器!!!!!!!》对你有帮助,请点赞、收藏,并留下你的观点哦!