转自：http://www.cnblogs.com/assassinx/archive/2013/01/09/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那方面的问题 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。
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。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：
单个dataElement的结构如下：
显示VR：VR为OB OW OF UT SQ UN的元素结构
|
组号 |
元素号 |
VR |
预留 |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
2 |
2（0x00,0x00） |
4 |
由数据长度决定 |
显示VR：VR为普通类型时元素结构（少了预留那一行）
|
组号 |
元素号 |
VR |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
由数据长度决定 |
隐式VR 时元素结构
|
组号 |
元素号 |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
4 |
由数据长度决定 |
要问VR是啥东东 ，值表示法 啥叫值表示法啊 俺不懂 int string short ushort 懂不 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：
string getVF(string VR, byte[] VF)
{
string VFStr = string.Empty;
switch (VR)
{
case "SS":
VFStr = BitConverter.ToInt16(VF, ).ToString();
break;
case "US":
VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, ).ToString(); break;
case "SL":
VFStr = BitConverter.ToInt32(VF, ).ToString(); break;
case "UL":
VFStr = BitConverter.ToUInt32(VF, ).ToString(); break;
case "AT":
VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, ).ToString(); break;
case "FL":
VFStr = BitConverter.ToSingle(VF, ).ToString(); break;
case "FD":
VFStr = BitConverter.ToDouble(VF, ).ToString(); break;
case "OB":
VFStr = BitConverter.ToString(VF, );
break;
case "OW":
VFStr = BitConverter.ToString(VF, );
break;
case "SQ":
VFStr = BitConverter.ToString(VF, );
break;
case "OF":
VFStr = BitConverter.ToString(VF, );
break;
case "UT":
VFStr = BitConverter.ToString(VF, );
break;
case "UN":
VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);
break;
default:
VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);
break;
}
return VFStr;
}
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：
| 文件元dataElement | 不受传输语法影响 总是以显示VR方式表示 因为它里面就定义了传输语法 |
| 普通dataElement | 受传输语法影响 显示VR表示方式还是隐式VR表示方式 |
| 像素数据dataElement | 最重要也是最大的一个数据项 其实存储的就是图像数据 |
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一般只抓取关键的tag。并且在隐式语法下要确定VR也必须根据字典来确定
关键的tag如下：
string getVR(string tag)
{
switch (tag)
{
case "0002,0000"://文件元信息长度
return "UL";
break;
case "0002,0010"://传输语法
return "UI";
break;
case "0002,0013"://文件生成程序的标题
return "SH";
break;
case "0008,0005"://文本编码
return "CS";
break;
case "0008,0008":
return "CS";
break;
case "0008,1032"://成像时间
return "SQ";
break;
case "0008,1111":
return "SQ";
break;
case "0008,0020"://检查日期
return "DA";
break;
case "0008,0060"://成像仪器
return "CS";
break;
case "0008,0070"://成像仪厂商
return "LO";
break;
case "0008,0080":
return "LO";
break;
case "0010,0010"://病人姓名
return "PN";
break;
case "0010,0020"://病人id
return "LO";
break;
case "0010,0030"://病人生日
return "DA";
break;
case "0018,0060"://电压
return "DS";
break;
case "0018,1030"://协议名
return "LO";
break;
case "0018,1151":
return "IS";
break;
case "0020,0010"://检查ID
return "SH";
break;
case "0020,0011"://序列
return "IS";
break;
case "0020,0012"://成像编号
return "IS";
break;
case "0020,0013"://影像编号
return "IS";
break;
case "0028,0002"://像素采样1为灰度3为彩色
return "US";
break;
case "0028,0004"://图像模式MONOCHROME2为灰度
return "CS";
break;
case "0028,0010"://row高
return "US";
break;
case "0028,0011"://col宽
return "US";
break;
case "0028,0100"://单个采样数据长度
return "US";
break;
case "0028,0101"://实际长度
return "US";
break;
case "0028,0102"://采样最大值
return "US";
break;
case "0028,1050"://窗位
return "DS";
break;
case "0028,1051"://窗宽
return "DS";
break;
case "0028,1052":
return "DS";
break;
case "0028,1053":
return "DS";
break;
case "0040,0008"://文件夹标签
return "SQ";
break;
case "0040,0260"://文件夹标签
return "SQ";
break;
case "0040,0275"://文件夹标签
return "SQ";
break;
case "7fe0,0010"://像素数据开始处
return "OW";
break;
default:
return "UN";
break;
}
}
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
switch (VFStr)
{
case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little
isLitteEndian = true;
isExplicitVR = true;
break;
case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big
isLitteEndian = false;
isExplicitVR = true;
break;
case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little
isLitteEndian = true;
isExplicitVR = false;
break;
default:
break;
}
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示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 ：
| 1.2.840.10008.1.2 | Implicit VR Little Endian: Default Transfer Syntax for DICOM | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.1 | Explicit VR Little Endian | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.2 | Explicit VR Big Endian | Transfer Syntax |
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。。。
代码走起
class DicomHandler
{
string fileName = "";
Dictionary<string, string> tags = new Dictionary<string, string>();//dicom文件中的标签
BinaryReader dicomFile;//dicom文件流 //文件元信息
public Bitmap gdiImg;//转换后的gdi图像
UInt32 fileHeadLen;//文件头长度
long fileHeadOffset;//文件数据开始位置
UInt32 pixDatalen;//像素数据长度
long pixDataOffset = ;//像素数据开始位置
bool isLitteEndian = true;//是否小字节序（小端在前 、大端在前）
bool isExplicitVR = true;//有无VR //像素信息
int colors;//颜色数 RGB为3 黑白为1
public int windowWith = , windowCenter = / ;//窗宽窗位
int rows, cols;
public void readAndShow(TextBox textBox1)
{
if (fileName == string.Empty)
return;
dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName)); //跳过128字节导言部分
dicomFile.BaseStream.Seek(, SeekOrigin.Begin); if (new string(dicomFile.ReadChars()) != "DICM")
{
MessageBox.Show("没有dicom标识头，文件格式错误");
return;
} tagRead(); IDictionaryEnumerator enor = tags.GetEnumerator();
while (enor.MoveNext())
{
if (enor.Key.ToString().Length > )
{
textBox1.Text += enor.Key.ToString() + "\r\n";
textBox1.Text += enor.Value.ToString().Replace('\0', ' ');
}
else
textBox1.Text += enor.Key.ToString() + enor.Value.ToString().Replace('\0', ' ') + "\r\n";
}
dicomFile.Close();
}
public DicomHandler(string _filename)
{
fileName = _filename;
} public void saveAs(string filename)
{
switch (filename.Substring(filename.LastIndexOf('.')))
{
case ".jpg":
gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);
break;
case ".bmp":
gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);
break;
case ".png":
gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png);
break;
default:
break;
}
}
public bool getImg( )//获取图像 在图像数据偏移量已经确定的情况下
{
if (fileName == string.Empty)
return false; int dataLen, validLen;//数据长度 有效位
int imgNum;//帧数 rows = int.Parse(tags["0028,0010"].Substring());
cols = int.Parse(tags["0028,0011"].Substring()); colors = int.Parse(tags["0028,0002"].Substring());
dataLen = int.Parse(tags["0028,0100"].Substring());
validLen = int.Parse(tags["0028,0101"].Substring()); gdiImg = new Bitmap(cols, rows); BinaryReader dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName)); dicomFile.BaseStream.Seek(pixDataOffset, SeekOrigin.Begin); long reads = ;
for (int i = ; i < gdiImg.Height; i++)
{
for (int j = ; j < gdiImg.Width; j++)
{
if (reads >= pixDatalen)
break;
byte[] pixData = dicomFile.ReadBytes(dataLen / * colors);
reads += pixData.Length; Color c = Color.Empty;
if (colors == )
{
int grayGDI; double gray = BitConverter.ToUInt16(pixData, );
//调窗代码，就这么几句而已
//1先确定窗口范围 2映射到8位灰度
int grayStart = (windowCenter - windowWith / );
int grayEnd = (windowCenter + windowWith / ); if (gray < grayStart)
grayGDI = ;
else if (gray > grayEnd)
grayGDI = ;
else
{
grayGDI = (int)((gray - grayStart) * / windowWith);
} if (grayGDI > )
grayGDI = ;
else if (grayGDI < )
grayGDI = ;
c = Color.FromArgb(grayGDI, grayGDI, grayGDI);
}
else if (colors == )
{
c = Color.FromArgb(pixData[], pixData[], pixData[]);
} gdiImg.SetPixel(j, i, c);
}
} dicomFile.Close();
return true;
}
void tagRead()//不断读取所有tag 及其值 直到碰到图像数据 (7fe0 0010 )
{
bool enDir = false;
int leve = ;
StringBuilder folderData = new StringBuilder();//该死的文件夹标签
string folderTag = "";
while (dicomFile.BaseStream.Position + < dicomFile.BaseStream.Length)
{
//读取tag
string tag = dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4") + "," +
dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4"); string VR = string.Empty;
UInt32 Len = ;
//读取VR跟Len
//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
//------------------------------------------------------这些都是在读取VR一步被阻断的情况
if (tag.Substring(, ) == "")//文件头 特殊情况
{
VR = new string(dicomFile.ReadChars()); if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")
{
dicomFile.BaseStream.Seek(, SeekOrigin.Current);
Len = dicomFile.ReadUInt32();
}
else
Len = dicomFile.ReadUInt16();
}
else if (tag == "fffe,e000" || tag == "fffe,e00d" || tag == "fffe,e0dd")//文件夹标签
{
VR = "**";
Len = dicomFile.ReadUInt32();
}
else if (isExplicitVR == true)//有无VR的情况
{
VR = new string(dicomFile.ReadChars()); if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")
{
dicomFile.BaseStream.Seek(, SeekOrigin.Current);
Len = dicomFile.ReadUInt32();
}
else
Len = dicomFile.ReadUInt16();
}
else if (isExplicitVR == false)
{
VR = getVR(tag);//无显示VR时根据tag一个一个去找 真烦啊。
Len = dicomFile.ReadUInt32();
}
//判断是否应该读取VF 以何种方式读取VF
//-------------------------------------------------------这些都是在读取VF一步被阻断的情况
byte[] VF = { 0x00 }; if (tag == "7fe0,0010")//图像数据开始了
{
pixDatalen = Len;
pixDataOffset = dicomFile.BaseStream.Position;
dicomFile.BaseStream.Seek(Len, SeekOrigin.Current);
VR = "UL";
VF = BitConverter.GetBytes(Len);
}
else if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue))//靠 遇到文件夹开始标签了
{
if (enDir == false)
{
enDir = true;
folderData.Remove(, folderData.Length);
folderTag = tag;
}
else
{
leve++;//VF不赋值
}
}
else if ((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue))//文件夹结束标签
{
if (enDir == true)
{
enDir = false;
}
else
{
leve--;
}
}
else
VF = dicomFile.ReadBytes((int)Len); string VFStr; VFStr = getVF(VR, VF); //----------------------------------------------------------------针对特殊的tag的值的处理
//特别针对文件头信息处理
if (tag == "0002,0000")
{
fileHeadLen = Len;
fileHeadOffset = dicomFile.BaseStream.Position;
}
else if (tag == "0002,0010")//传输语法 关系到后面的数据读取
{
switch (VFStr)
{
case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little
isLitteEndian = true;
isExplicitVR = true;
break;
case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big
isLitteEndian = false;
isExplicitVR = true;
break;
case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little
isLitteEndian = true;
isExplicitVR = false;
break;
default:
break;
}
}
for (int i = ; i <= leve; i++)
tag = "--" + tag;
//------------------------------------数据搜集代码
if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue) || leve > )//文件夹标签代码
{
folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr);
}
else if (((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue)) && leve == )//文件夹结束标签
{
folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr);
tags.Add(folderTag + "SQ", folderData.ToString());
}
else
tags.Add(tag, "(" + VR + "):" + VFStr);
}
}
}
好了收工。
测试下成果
if (openFileDialog1.ShowDialog() != DialogResult.OK)
return; string fileName = openFileDialog1.FileName; handler = new DicomHandler(fileName); handler.readAndShow(textBox1); this.Text = "DicomViewer-" + openFileDialog1.FileName; 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 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。