当概念模型的数据元素映射到数据模型的数据 元素时 , 数据元素的结构即为数据结构 , 它在 D I2 COM 标准中是唯一的 ,结构如图 3。
Tag代表标识 ,其组标识和元素标识唯一确定 一个数据元素 ; VR (Value Rep resentation)代表值表 示法 [5] , 其内容指明值域中值的数据类型 , 例如 “PN ”为姓名类型 ,“AS”为年龄类型 ,“DA ”为日期
进行显示以及窗宽 /窗位的调整 。测试结果表明 ,该 D ICOM
文件解析程序能够完整解析 D ICOM3. 0标准文件 ,显示医学
图像并支持窗宽 /窗位的调整 。通过对标准的分析编程实现
了 D ICOM3. 0医学图像文件的解析 、显示和调整 。
关键词 : D ICOM;医学图像文件解析 ;窗宽 /窗位 ;程序设计
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济 南 大 学 学 报 (自然科学版 )
第 21卷
主模块根据返回的传输语法 U ID 以选择数据 集解析的方式 。例如当 U ID 为 1. 2. 840. 10008. 1. 2 时 ,数据集元素编码便为隐式 VR /小端编码 ,图像
像素集为自然未压缩格式 /小端编码 。数据集解析 模块根据 Length 域中的值来决定元素值域中值的 长度 ,同时根据 VR 及编码方式来决定该值以何种 格式进行组织以做出相应的格式变换 。根据需求分 析 ,可在数据集解析过程中保存所需元素值 。由于 每一个 D ICOM 文件均在数据集的后部保存着一张 医学图像 ,所以在数据集解析过程中必须将与该医 学图像显示有关的元素值进行记录 ,此类图像元素 的组标识为 0x0028。 4. 6 影像处理模块
5 线性 /非线性图像转化算法
图像转化算法是将 D ICOM 医学图像提取出 8
位位图的精华所在 ,应考虑到以下几个问题 。
(1)图像的亮度和对比度能否突出关键部分 ;
(2)充分利用 0→255灰度间隔显示有效区域 ;
(3)尽量减少值域压缩所带来的损失 ;
(4)不能损失应突出的部位 。
5. 1 图像转换的线性算法
每一个 D ICOM 文件均描述一个完整的复合化 信息对象 [ 2 ] ,它是对适用于数字医学图像的现实世 界实体的抽象定义 。复合化信息对象可以额外地包 括相关但在现实世界实体中并不是固有属性的集
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合 。例如 ,计算机 X射线断层摄影技术的信息对象 则定义为复合的 ,它包括图像的固有属性以及病人 的相关属性 。
也称为存储模型 ,它定义了 D ICOM 文件中具有 相同数据结构的全体信息以何种物理结构进行文件 存储 。
2 概念模型分析
D ICOM 文件的概念模型用于信息世界的建模 , 建模所得到的信息结构只具有概念上的意义 ,它对 开发人员认知 D ICOM 文件的本质有着重要的意义 。 根据 D ICOM 标准 ,概念模型如图 2所示 。 2. 1 复合化信息对象
类型 ; Length代表值长度 ,它表明值域中值的长度 ; ValueFiled为值域 ,它承载着数据元素的具体内容 。 数据元素的结构分 3 种 ,不同之处体现在 VR 字段 与 Length字段的组合上 。
图 2 D ICOM 文件的概念模型
2. 2 数据元素 它是构成复合化信息对象的最小独立单位 ,它
图 4 数M 图像文件解析及程序设计
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4 物理模型分析及程序设计方法
以前两节所阐述的概念模型及数据模型为指 导 ,采用物理模型与程序设计相结合的方式实现了 解析程序 。本节中给出程序的模块结构图 ,见图 5 逐一对每个模块进行基于物理模型的分析 。
究 D ICOM 文件解析及其图像显示的方法 。以 D ICOM3. 0标
准为对象 ,提出将 D ICOM 文件划分为概念模型 、数据模型 、
物理模型 3个层面 ;以概念模型 、数据模型为指导进行解析
程序的设计 ,将物理模型与程序设计相结合进行解析程序的
编程实现 ;利用线性 /非线性两种算法对文件中的医学图像
窗 位 ( 0x0028, 0x1050 ) 和 窗 宽 ( 0x0028,
0x1051)指定了从原始像素值到标准位图像素值的
线性转化 。窗位指定窗口中心的值 ,窗宽指定窗口
的宽度 。线性算法的计算公式如下 ,其中 X 是原始
像素值 , Y是位图像素值 , C是窗位 , W 是窗宽 :
Y = ( X - ( C - W /2) ) ×( 255 /W )
(1)
由于计算得出的 Y可能不是 0→255内的值 ,所
以需对 Y进行处理 :将低于 0 的值设为 0,高于 255
的值设为 255,范围内的值保持不变 。对于 CT图
像 ,由于其单位是 HF,所以应先对原始像素值 X 进
行一次单位上的转化 ,见图 6。
5. 2 图像转换的非线性算法
线性算法有其局限性 ,即当窗宽不是很宽的时
1 D ICOM 文件的 3层模型
D ICOM 文件是由某种医学影像设备产生并包 含某个病人信息数据及医学图像数据的综合 。由于
收稿日期 : 2007 - 01 - 04 基金项目 :国家 863计划 (2004AA421022) 作者简介 :魏 军 (1974 - ) ,男 ,江苏常州人 ,讲师 ,硕士 。
第 21卷第 3期 2007年 7月
济南大学学报 (自然科学版 ) JOURNAL OF UN IVERSITY OF J INAN ( Sci. & Tech1)
文章编号 : 1671 - 3559 (2007) 03 - 0215 - 04
D ICOM 图像文件解析及程序设计
Vol. 21 No. 3 Jul. 2007
图 5 物理模型及程序模块结构图
4. 1 编码方式介绍 小端编码表示内存中的低位地址存放低位字
节 ;大端编码表示内存中的低位地址存放高位字节 。 4. 2 程序主模块
通过与用户的交互获得所要解析的 D ICOM 文 件路径 ,协调各子模块间的运行 ,以及将解析出来的 文件内容及图像反馈给用户 。 4. 3 文件识别模块
中图分类号 : TP242. 3
文献标识码 : A
计算机不能直接处理现实世界中的具体事物 ,所以 可利用建立模型的方法将具体事物转化成计算机能 够处理的数据 。D ICOM 文件的建模如下 ,见图 1。
近年来随着数字成像技术 、计算机技术和网络 技术的进步 ,各种旨在全面解决医学图像的获取 、显 示 、存贮 、传送和管理的医学影像系统在医院中迅速 普及开来 。当医学工作者需要在影像扫描设备 、影 像存储设备 、影像后处理工作站等设备之间交换影 像时 ,必须寻找一种把数字化影像及其信息输入 /输 出设备的方法 。利用 D ICOM[ 1 ]标准便可以在影像 设备上建立一个接口来完成影像数据的输入 /输出 工作 。D ICOM ,即医学数字成像和通信标准 ,其第 3 版由 18个部分组成 ,其中 1 - 6部分定义了 D ICOM 的文件格式 , 7 - 18 部分定义了介质存储及网络通 信的应用框架 。对 D ICOM 文件的解析是开发各种 医学影像系统的基础 ,文中对 D ICOM 标准所定义的 文件格式进行了详细的剖析 ,并提出针对 D ICOM 医 学图像文件解析的程序设计方法 。
在确认当前文件是 D ICOM 文件后 ,主模块便顺 序调用文件头解析模块对文件头进行解析 。D ICOM 文件头信息指明在其后所封装的数据集及图像像素 集中数据元素的结构 ,为了加以区分 ,将文件头数据 元素的组标识定义为 0x0002 且结构是显示 VR /小 端 编 码 。在 解 析 过 程 中 需 记 录 下 “ ( 0x0002, 0x0010)传输语法 U ID ”元素 ,它定义了数据集编码 方式以及图像像素集的压缩方式 。 4. 5 数据集解析模块
具体描述了信息对象的某一属性 ,例如病人的名字 , 检查的部位 ,成像设备的种类等 。针对 D ICOM 文件 数据模型以及物理模型的分析都是围绕着数据元素 而展开的 。 2. 3 模块
为了简化信息对象的定义 , D ICOM 标准将每一 个复合化信息对象的数据元素与集合中相似的元素 分开 ,并将这些数据元素的分组指定为独立的模块 , 不同的模块可共享相同的数据元素 。 2. 4 信息实体
该模块在主模块获得文件路径后被调用 ,利用 物理模型中“文件序言 ”及“D ICM 前缀 ”[ 5 ] 的概念 来判定这是否是一个 D ICOM 文件 。标准定义 : D I2 COM3. 0 文件起始处为 128 个字节的文件序言 128字节的 00H ,紧随其后的是 4字节的 D ICOM 文 件前缀“D ICM ”。 4. 4 文件头解析模块
数 据 集 中 最 后 一 个 元 素 是 ( 0x7FE0, 0x0010) [ 6 ] ,它标志原始像素集的起始位置 。当数 据集解析到这一 Tag时 ,内存中的文件指针将定位 在 D ICOM 文件中原始像素集的起始处 。D ICOM 医 学图像是用 12位或 16位的灰度等级来显示一个灰 度图的 ,而一般的 CRT或 LCD 显示器只支持 8位的 灰度等级 ,于是该模块将对 D ICOM 医学图像进行标 准位图的转换 。它根据传输语法 U ID 来确定被封 装的 图 像 是 自 然 图 像 ( B itmap ) 还 是 压 缩 图 像 (JPEG) 。利用组标识为 0x0028 的元素组 ,结合图 像转化算法 ,便可将 12位或 16位的灰度图转化为 8位灰度图 。
魏 军 1a, 2 ,刘荣鑫 1b ,宋国兴 1b ,李金屏 1b
(1. 济南大学 a1控制科学与工程学院 ; b信息科学与工程学院 ,山东 济南 250022; 2. 北京航空航天大学 机器人所 ,北京 100083)
摘 要 :分析 D ICOM 标准 ,建立解析 D ICOM 文件的模型 ,研