1.3 圖像文件的存儲(chǔ)格式

數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)中是以數(shù)據(jù)文件的形式存儲(chǔ)的，存儲(chǔ)格式多種多樣，目前較常用的存儲(chǔ)格式包括BMP、GIF、JPG、TIFF、PCX等，此外，醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)時(shí)還有專用的格式DICOM、IMG等。不同的圖像格式，其對(duì)數(shù)據(jù)和圖像信息的存儲(chǔ)與表達(dá)方式均不相同，每種格式通常由不同的開發(fā)商支持。每一種格式的圖像文件均有一個(gè)文件頭，在文件頭之后才是圖像數(shù)據(jù)。文件頭的內(nèi)容由該圖像文件的創(chuàng)建者決定，一般包括文件類型、文件創(chuàng)建人信息、創(chuàng)建時(shí)間、版本號(hào)、文件大小、壓縮方式、存儲(chǔ)效率等內(nèi)容。目前已有不少圖像格式轉(zhuǎn)換工具軟件，實(shí)現(xiàn)不同格式間相互轉(zhuǎn)換的目的。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和圖像技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，未來出現(xiàn)新的圖像文件存儲(chǔ)格式是完全可能的。

要進(jìn)行圖像處理，必須先了解圖像文件存儲(chǔ)格式的數(shù)據(jù)構(gòu)成。這里以BMP和DICOM為例簡(jiǎn)要討論圖像文件的格式及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

1.3.1 BMP格式

BMP格式也稱位圖（bitmap）格式，BMP文件也稱位圖文件，其文件擴(kuò)展名為*.BMP，可以存儲(chǔ)單色、16色、256色、真彩色等幾種圖像數(shù)據(jù)，是美國(guó)微軟公司為其Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖像格式，可在Windows環(huán)境中通用，是一種與硬件設(shè)備無關(guān)的位圖（device independent bitmap）文件格式。在Windows下，其他格式的圖片文件都要轉(zhuǎn)化為位圖才能顯示出來，并在位圖格式的基礎(chǔ)上采用不同的壓縮算法生成。與該格式的圖像文件配套，Windows操作系統(tǒng)同時(shí)含有一系列支持該圖像操作的應(yīng)用程序接口（application programming interface，API）函數(shù)。

BMP格式下的位圖有兩種形式，分別是自底向上型（bottom-up）和自頂向下型（top-down）。bottom-up型的原點(diǎn)（origin）定義在圖像的左下角，而top-down型的原點(diǎn)定義在圖像的左上角。

BMP文件的結(jié)構(gòu)主要包括4個(gè)部分，即位圖文件頭BITMAPFILEHEADER、位圖信息頭BITMAPINFOHEADER、位圖顏色表RGBQUAD和位圖圖像數(shù)據(jù)ImageData。

1.位圖文件頭BITMAPFILEHEADER

位圖文件頭BITMAPFILEHEADER中包含有BMP文件的類型、文件大小和位圖起始位置等信息。其具體內(nèi)容參見表1.1。

位圖文件頭BITMAPFILEHEADER的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在windows.h中的定義如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
｛
WORD bfType；       //位圖文件的類型，規(guī)定必須為“BM”，占0～1字節(jié)
DWORD bfSize；      //位圖文件的大小，以字節(jié)為單位，占2～5字節(jié)
WORD bfReservedl；  //位圖文件保留字，必須為0，占6～7字節(jié)
WORD bfReserved2；  //位圖文件保留字，必須為0，占8～9字節(jié)
DWORD bfOffBits；   //位圖數(shù)據(jù)的起始位置，以相對(duì)于位圖文件頭的偏移量表示，以字節(jié)為單位占10～13字節(jié)


｝BITMAPFILEHEADER；

這里的WORD和DWORD均為Windows定義的數(shù)據(jù)類型，WORD為2字節(jié)的無符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)，DWORD為4字節(jié)的無符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)。上述位圖文件頭結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度是固定的，為14個(gè)字節(jié)。

2.位圖信息頭BITMAPINFOHEADER

位圖信息頭BITMAPINFOHEADER用于說明位圖的大小、壓縮方式、顏色定義等信息，其具體內(nèi)容參見表1.2。

位圖信息頭BITMAPINFOHEADER的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在windows.h中的定義如下：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
｛
DWORD biSize；         //本結(jié)構(gòu)所占用的總字節(jié)數(shù)，固定設(shè)置為40，字段占14～17字節(jié)
LONG biWidth；         //以像素為單位給出BMP文件所描述圖像的寬度，占18～21字節(jié)
LONG biHeight；        //以像素為單位給出BMP文件所描述圖像的寬度，占22～25字節(jié)
WORD biPlanes；        //目標(biāo)設(shè)備的級(jí)別，必須為1，本字段占26～27字節(jié)
WORD biBitCount；      //每個(gè)像素所需的位數(shù)，必須是1、4、8或24之一，本字段占28～29字節(jié)
DWORD biCompression；  //位圖壓縮類型，必須是0、1或2三者之一，本字段占30～33字節(jié)
DWORD biSizelmage；    //位圖的大小，以字節(jié)為單位，本字段占34～37字節(jié)
LONG biXPelsPerMeter； //位圖水平分辨率，以每米像素?cái)?shù)為單位，本字段占38～41字節(jié)
LONG biYPelsPerMeter； //位圖垂直分辨率，以每米像素?cái)?shù)為單位，本字段占42～45字節(jié)
DWORD biClrUsed；      //位圖實(shí)際使用的顏色表中的顏色數(shù)，本字段占46～49字節(jié)
DWORD biClrlmportant； //位圖顯示過程中重要的顏色數(shù)，如果置為0，表示都重要，占50～53字節(jié)


｝BITMAPINFOHEADER；

該定義中的LONG也是Windows定義的數(shù)據(jù)類型，代表4個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的二進(jìn)制整數(shù)。上述位圖信息數(shù)據(jù)塊文件結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度也是固定的，為40個(gè)字節(jié)。下面對(duì)上述定義做出進(jìn)一步的說明：

（1）biWidth與biHeight分別以像素為單位，給出該BMP文件所描述位圖的寬度與高度。若biHeight取值為正數(shù)，則表明位圖為bottom-up型，位圖原點(diǎn)處于左下角；若biHeight取值為負(fù)數(shù)，則表明位圖為top-down型，位圖原點(diǎn)處于左上角。一般位圖定義中，這兩個(gè)字段的取值通常為正數(shù)。

（2）biBitCount確定每個(gè)像素所需要的位數(shù)。當(dāng)圖像為單色時(shí)，該字段的取值為1；當(dāng)圖像為16色時(shí)，該字段的取值為4；當(dāng)圖像為256色時(shí)，該字段的取值為8；當(dāng)圖像為真彩色時(shí)，該字段的取值為24。

（3）因top-down型位圖不能進(jìn)行壓縮處理，字段biCompression僅代表bottom-up型位圖的壓縮方式，其可能取值分別為BI_RGB、BI_RLE8、BI_RLE4和BI_BITFIELDS，這都是一些Windows定義好的常量。這些取值的含義分別為：字段BI_RGB表示文件內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過壓縮處理；字段BI_RLE8表示所壓縮的圖像數(shù)據(jù)是256色，采用的壓縮方法是RLE8；字段BI_RLE4表示所壓縮的圖像數(shù)據(jù)是16色，采用的壓縮方法是RLE4；字段BI_BITFIELDS表明圖像文件內(nèi)的數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過壓縮處理，而且顏色表由分別表示每個(gè)像素點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三原色的雙字組成。

事實(shí)上，由于RLE4和RLE8的壓縮格式用得很少，在大多數(shù)情況下，biCompression的有效值為BI_RGB，即不壓縮的情況。

3.位圖顏色表RGBQUAD

位圖顏色表RGBQUAD用于說明位圖中的顏色，其中的數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度是可變的，具體長(zhǎng)度由位圖信息頭中biBitCount的取值來確定。同時(shí)，顏色表中的表項(xiàng)數(shù)也由biBitCount的取值來確定，每一個(gè)表項(xiàng)是一個(gè)RGBQUAD類型的結(jié)構(gòu)，定義一種顏色。位圖信息頭中biBitCount的取值與顏色表中表項(xiàng)數(shù)的關(guān)系如表1.3所示，位圖顏色表RGBQUAD的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1.4所示。

位圖顏色表RGBQUAD是對(duì)那些需要顏色表的位圖文件而言的。真彩色圖像是不需要顏色表的，BITMAPINFOHEADER后直接是位圖數(shù)據(jù)。顏色表實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組，共有biClrUsed個(gè)元素（如果該值為零，則有2的biBitCount次方個(gè)元素）。數(shù)組中每個(gè)元素的類型是一個(gè)RGBQUAD結(jié)構(gòu)，占4個(gè)字節(jié)，在windows.h中位圖顏色表RGBQUAD的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct tagRGBQUAD
{
BYTE rgbBlue；     // 該像素顏色中藍(lán)色的亮度分量（取值范圍為0～255）
BYTE rgbGreen；    // 該像素顏色中綠色的亮度分量（取值范圍為0～255）
BYTE rgbRed；      // 該像素顏色中紅色的亮度分量（取值范圍為0～255）
BYTE rgbReserved； // 保留，單必須設(shè)置為0
} RGBQUAD；

這里的BYTE也是Windows定義的數(shù)據(jù)類型，代表一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的無符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)。依上述設(shè)定，若位圖中某個(gè)像素點(diǎn)的顏色描述為“00H，00H，F(xiàn)FH，00H”，表示該點(diǎn)的顏色為紅色。

4.位圖圖像數(shù)據(jù)ImageData

位圖圖像數(shù)據(jù)記錄了位圖中每一個(gè)像素的值，在掃描行內(nèi)記錄順序是從左至右，掃描行之間是從下至上。也就是說，從文件中最先讀到的是圖像最下面一行的左邊第一個(gè)像素，然后是左邊第二個(gè)像素，接下來是倒數(shù)第二行左邊第一個(gè)像素，左邊第二個(gè)像素。以此類推，最后得到的是最上面一行的最右邊的一個(gè)像素。

位圖圖像的一個(gè)像素值所占的字節(jié)數(shù)為：

對(duì)biBitCount=1時(shí)的2色位圖，用一位就可以表示該像素的顏色（一般0表示黑，1表示白），所以一個(gè)字節(jié)可以表示8個(gè)像素；

對(duì)biBitCount=4時(shí)的16色位圖，用4位可以表示一個(gè)像素的顏色，所以一個(gè)字節(jié)可以表示兩個(gè)像素；

對(duì)biBitCount=8時(shí)256色位圖，一個(gè)字節(jié)剛好可以表示一個(gè)像素；

對(duì)biBitCount=24時(shí)的真彩色位圖，一個(gè)像素則需占3個(gè)字節(jié)。

位圖數(shù)據(jù)也是可變長(zhǎng)的，取決于圖像尺寸、像素位深和壓縮方式。另外，Windows規(guī)定一個(gè)掃描行所占的字節(jié)數(shù)必須是4的倍數(shù)（即以long為單位），不足的以0填充。

1.3.2 DICOM格式

20世紀(jì)70年代隨著計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)及其他數(shù)字醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，一大批數(shù)字醫(yī)學(xué)成像設(shè)備相繼應(yīng)用于臨床。由于生產(chǎn)這些設(shè)備的制造商分布在全球的不同國(guó)家，各制造商都制定了各自不同的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)格式，由此導(dǎo)致的圖像標(biāo)準(zhǔn)、傳輸方式都不可能相同，因而來自不同制造商的成像設(shè)備產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像根本不可能互換交流。

1982年下半年，美國(guó)放射學(xué)會(huì)（American College of Radiology，ACR）與美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）聯(lián)手成立數(shù)字圖像通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，除相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜彝猓瘑T會(huì)的成員還包括醫(yī)學(xué)影像設(shè)備用戶代表和制造商代表，共同致力于制定數(shù)字影像設(shè)備接口的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。委員會(huì)的主要目標(biāo)是：

（1）提供獨(dú)立于各醫(yī)療設(shè)備制造商的數(shù)字圖像及其相關(guān)信息的通信標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展促進(jìn)數(shù)字圖像的網(wǎng)絡(luò)化；

（2）為圖像歸檔與通信系統(tǒng)（picture archiving and communication system，PACS）的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，并擴(kuò)展PACS與HIS（hospital information system）、RIS（radiology information system）等其他醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的通信；

（3）為形成一個(gè)廣泛的、分布式的診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立基本標(biāo)準(zhǔn)，以便于處理地理上分散的不同設(shè)備間的診斷、查詢請(qǐng)求。

在Agfa、Kodak、GE、Philips、Siemens、Sony等公司的參與下，該委員會(huì)分別于1985年、1988年發(fā)布了ACR-NEMA標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)版本：ACR-NEMA1.0、ACR-NEMA2.0。1993年，ACR-NEMA在北美放射學(xué)會(huì)上展示了上述標(biāo)準(zhǔn)的第三個(gè)版本，該版本被正式命名為DICOM（digital imaging & communication in medicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信）協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，確定版本為DICOM 3.0，旨在解決醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的互連、統(tǒng)一圖像格式和傳輸通信等問題。

目前，DICOM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商和醫(yī)療界廣泛接受，成為世界新型醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)影像接口。帶有DICOM接口的計(jì)算機(jī)斷層成像（CT）、磁共振（MRI）、正電子發(fā)射斷層成像（PET）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）、心血管造影和數(shù)字超聲成像設(shè)備大量出現(xiàn)。DICOM標(biāo)準(zhǔn)在醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化中起了重要的作用。

1.DICOM標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

目前的DICOM標(biāo)準(zhǔn)全文共有一千多頁，內(nèi)就涉及概括介紹、一致性聲明、信息對(duì)象定義、服務(wù)類定義、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼規(guī)則、數(shù)據(jù)字典，以及利用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行協(xié)議數(shù)據(jù)單元、消息的交換，同時(shí)還包括與圖像存儲(chǔ)、顯示、組織等相關(guān)的內(nèi)容。不斷的補(bǔ)充和完善仍在進(jìn)行，并朝著放射治療計(jì)劃和病理學(xué)等領(lǐng)域拓展。每年ACR-NEMA都推出DICOM的修訂版。

（1）簡(jiǎn)介（Overview）：包括DICOM各部分的介紹，描述了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原則，定義了大量標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)使用到的術(shù)語。

（2）兼容性（Conformance）：兼容性是指一個(gè)符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備對(duì)DICOM標(biāo)準(zhǔn)的支持程度。標(biāo)準(zhǔn)要求制造商必須精確地描述其產(chǎn)品的DICOM兼容性。因?yàn)槊颗_(tái)設(shè)備通常只是實(shí)現(xiàn)了DICOM標(biāo)準(zhǔn)定義的功能的一個(gè)子集，所以每臺(tái)DICOM設(shè)備都應(yīng)該附帶一個(gè)DICOM兼容性聲明，包括選擇了什么樣的信息對(duì)象、服務(wù)類、數(shù)據(jù)編碼方法等。

（3）信息對(duì)象（Information Object）定義：利用面向?qū)ο蟮姆椒ǘx了兩類信息對(duì)象類：普通性、復(fù)合型。對(duì)每一個(gè)信息對(duì)象，規(guī)定了描述該對(duì)象所必需的信息、各部分的屬性。

（4）服務(wù)類（Service Class）：服務(wù)類是對(duì)醫(yī)學(xué)信息間的傳遞和通信的抽象概括，包括作用于信息對(duì)象的命令及結(jié)果。服務(wù)類詳細(xì)論述了作用與信息對(duì)象上的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。所有DICOM應(yīng)用都通過使用服務(wù)類的功能來實(shí)現(xiàn)。DICOM的服務(wù)類主要有：查詢/檢索服務(wù)類、存儲(chǔ)服務(wù)類、研究?jī)?nèi)容信息服務(wù)類、患者管理服務(wù)類、檢查（Study）服務(wù)類、結(jié)果管理服務(wù)類、打印管理服務(wù)類等。

（5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼（Data Structure and Semantics）：在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信前，必須把信息對(duì)象和服務(wù)類型的信息進(jìn)行編碼，打包成消息。這部分描述的問題有：使用什么字符集、數(shù)據(jù)集（data set）的結(jié)構(gòu)和使用、數(shù)據(jù)元素的使用和元素間的關(guān)系、如何唯一標(biāo)志信息、壓縮采用什么編碼、編碼采用什么規(guī)則，等等。

（6）數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary）：描述了所有信息對(duì)象是由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素是對(duì)屬性值的編碼。

（7）消息交換（Message Exchange）：消息是兩個(gè)符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)體（Application Entity）之間進(jìn)行通信的基本單元。消息交換功能定義了與DICOM進(jìn)行信息通信的醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用軟件所用到的服務(wù)和協(xié)議；描述了建立和終止通信連接的規(guī)則，管理“請(qǐng)求及響應(yīng)”命令的交換規(guī)則；構(gòu)造命令流和消息所必需的編碼規(guī)則。

（8）網(wǎng)絡(luò)支持（Network Support）：支持DICOM消息交換的網(wǎng)絡(luò)通信，定義了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通信服務(wù)和進(jìn)行信息交換所必需的上層協(xié)議。目前的DICOM支持TCP/IP協(xié)議和ISO/OSI協(xié)議。

（9）支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Point to Point）消息通信：早期的ACR-NEMA 2.0版本定義了一種50針的并行數(shù)據(jù)接口，支持消息交換的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，說明了與ACR-NEMA 2.0兼容的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的服務(wù)和協(xié)議，這在一些老式設(shè)備中仍在使用。為了保持向前兼容，后續(xù)的DICOM版本仍然保留了這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接協(xié)議。

（10）定義了DICOM文件的存儲(chǔ)方式，包括存儲(chǔ)介質(zhì)的規(guī)范和數(shù)據(jù)交換的格式，存儲(chǔ)介質(zhì)運(yùn)用方法描述，數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)功能等；描述了DICOM打印用戶和打印提供者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的建立所需的服務(wù)和協(xié)議；介紹了灰度圖像的標(biāo)準(zhǔn)顯示控制，保證圖像像素與實(shí)際顯示流明（luminance）程度一致；提供了特定顯示系統(tǒng)特征曲線的測(cè)量方法，最后還定義了DICOM安全模型。

圖1.6給出了DICOM標(biāo)準(zhǔn)主要組成部分及之間的關(guān)系。

2.DICOM格式圖像文件的結(jié)構(gòu)

DICOM格式的圖像文件是指按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)而存儲(chǔ)的文件。DICOM格式的圖像文件一般由DICOM文件頭和DICOM數(shù)據(jù)集合組成，下面分別討論。

DICOM文件頭（DICOM file meta information）中包含了標(biāo)志數(shù)據(jù)集合的相關(guān)信息。文件頭的起始是文件導(dǎo)言（preamble），可以用于應(yīng)用協(xié)議或特定的操作定義，是為了使在DICOM文件中提供的圖像和其他數(shù)據(jù)更易于被訪問處理。如果廠商不想在導(dǎo)言中表達(dá)信息，這128字節(jié)可用十六進(jìn)制的00H來填充。緊接導(dǎo)言的就是長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)的字符串“DICM”，用以標(biāo)識(shí)一個(gè)DICOM格式的文件。DICOM文件頭部分還包括其他一些有用信息，如文件的傳輸格式、生成該文件的應(yīng)用程序等。

與一般圖像文件不同的是，DICOM文件里不僅包含醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，還包含許多與圖像有關(guān)的信息，如患者姓名、出生日期、檢查日期、病人編號(hào)、檢查部位等，有簡(jiǎn)短的字符信息，也有數(shù)字信息。為了合理表達(dá)這些信息，DICOM標(biāo)準(zhǔn)定義了大量的數(shù)據(jù)元素（data element），DICOM數(shù)據(jù)集合就是由這些數(shù)據(jù)元素按一定順序排列組成的。

DICOM數(shù)據(jù)元素是DICOM文件最基本的構(gòu)成單元，具體描述了信息對(duì)象的某一屬性，如患者的名字、檢查的部位、成像設(shè)備的種類等。數(shù)據(jù)元素主要包括4個(gè)組成部分：標(biāo)簽（data element tag）、數(shù)據(jù)描述（value representation，VR）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（value length，VL）和數(shù)據(jù)域（value field）。DICOM數(shù)據(jù)元素的結(jié)構(gòu)如圖1.7所示。

標(biāo)簽是一個(gè)4字節(jié)的無符號(hào)整數(shù)。標(biāo)簽由兩個(gè)部分組成：高位兩個(gè)字節(jié)稱為“組號(hào)（group tag）”，低位兩個(gè)字節(jié)是“元素號(hào)（element tag）”。在DICOM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字典中，所有數(shù)據(jù)元素都是用（組號(hào)，元素號(hào)）這種表示方式一一給出，且在DICOM中所有數(shù)據(jù)元素都有一個(gè)唯一的標(biāo)簽。組號(hào)為偶數(shù)的稱為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽（standard tag），均在DICOM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字典中定義；用戶也可以定義自己的數(shù)據(jù)元素，稱為私有數(shù)據(jù)元素（private data element），此時(shí)的組號(hào)為奇數(shù)。DICOM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用戶如何定義數(shù)據(jù)元素有詳細(xì)的規(guī)則說明。

標(biāo)簽為（0002，0010）的數(shù)據(jù)元素存放的是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)志（transfer syntax UID）。其具體內(nèi)容如表1.5所示。UID形式上是一個(gè)字符串，用于唯一標(biāo)志DICOM標(biāo)準(zhǔn)中各種不同的信息對(duì)象。這些信息對(duì)象可以是診斷信息、字符格式、圖像存儲(chǔ)或傳輸協(xié)議等。這里對(duì)表1.5中的字符的具體含義不給出解釋，有興趣的讀者查閱相關(guān)資料。

數(shù)據(jù)描述（VR）說明該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)是哪種類型的，由兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的字符串表示，這些字符串是DICOM標(biāo)準(zhǔn)中默認(rèn)的字符集。已經(jīng)存在的VR字符串在DICOM標(biāo)準(zhǔn)中都有詳細(xì)的定義，如“PN”為姓名類型、“AS”為年齡類型、“DA”為日期類型、“FL”表示該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)描述（VR）在DICOM文件中是可選的，具體取決于事先商定的標(biāo)簽為（0002，0010）的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)識(shí)，參見表1.5。VR分為顯式（explicit）和隱式（implicit）兩種。數(shù)據(jù)在顯式傳輸時(shí)VR必須存在，而隱式傳輸時(shí)則需要省略這一項(xiàng)。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（VL）指明數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度（不包括標(biāo)簽、VR、數(shù)據(jù)本身這3項(xiàng)的長(zhǎng)度）。根據(jù)不同的VR類型，VL可為兩個(gè)字節(jié)或者4字節(jié)的無符號(hào)整數(shù)。數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度為偶數(shù)字節(jié)，包含了數(shù)據(jù)元素的數(shù)值，承載著數(shù)據(jù)元素的具體內(nèi)容。

依數(shù)據(jù)描述（VR）與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（VL）字段的組合，數(shù)據(jù)元素存在三種結(jié)構(gòu)形式：

（1）顯式數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)

以顯式方式傳輸?shù)腄ICOM文件，需有VR這一項(xiàng)。前面有128字節(jié)、其值為“00H”的文件導(dǎo)言，緊接著是文件識(shí)別標(biāo)志“DICM”；如果VR字段的值是OB、OW或SQ，則VR域占32位字長(zhǎng)，其中前兩個(gè)字節(jié)為有效值，隨后的兩個(gè)字節(jié)為DICOM標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)版本保留，且被設(shè)置為0000H。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（VL）域被指定為32位無符號(hào)整數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)域中的內(nèi)容進(jìn)行解析時(shí)，應(yīng)將VR與VL結(jié)合分析。

（2）數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度可變的顯式VR的元素結(jié)構(gòu)

當(dāng)VR取其他值時(shí)，VL域是跟在兩個(gè)字符長(zhǎng)的VR域后的16位無符號(hào)整數(shù)，即VR域與VL域各占16位。對(duì)數(shù)據(jù)域中的內(nèi)容進(jìn)行解析時(shí)，應(yīng)將VR與VL結(jié)合分析。

（3）隱式數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)。

以隱式方式傳輸?shù)腄ICOM文件，沒有VR這一項(xiàng)，這時(shí)的數(shù)據(jù)元素由3個(gè)連續(xù)的域構(gòu)成：標(biāo)簽、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（VL）和數(shù)據(jù)域。如果數(shù)據(jù)域有確定的長(zhǎng)度，那么數(shù)據(jù)域字段應(yīng)包含相當(dāng)于其長(zhǎng)度的值。如果要知道文件中元素的數(shù)據(jù)類型，只有根據(jù)標(biāo)簽的組號(hào)和元素號(hào)，查詢?cè)撛O(shè)備的DICOM說明文件，或者查詢DICOM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字典。

3.DICOM的特點(diǎn)與應(yīng)用

現(xiàn)在廣泛使用的DICOM標(biāo)準(zhǔn)具有以下特點(diǎn)：

（1）以DICOM為基礎(chǔ)的PACS可以實(shí)現(xiàn)影像設(shè)備數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)與傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無膠片化管理，既保持?jǐn)?shù)據(jù)的原始性，又調(diào)用方便，節(jié)省存儲(chǔ)空間，節(jié)約成本，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸和遠(yuǎn)程醫(yī)療。DICOM的早期版本只適用于點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，從DICOM3.0版本起支持基于TCP/IP協(xié)議和ISO/OSI協(xié)議等通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而為遠(yuǎn)程醫(yī)療創(chuàng)造了條件。

（2）引入了廣義的信息對(duì)象（information object）概念，便于在網(wǎng)絡(luò)中明確各信息對(duì)象間的關(guān)系。信息對(duì)象不僅包括圖形和圖像，還包括檢查（study）、報(bào)告（report）等廣義上的各種信息對(duì)象。另外，早期版本如ACR-NEMA1.0、ACR-NEMA2.0只局限于數(shù)據(jù)傳送，而DICOM3.0利用服務(wù)類（service class）的概念具體規(guī)定了有關(guān)指令及數(shù)據(jù)的語義。

（3）建立多文檔結(jié)構(gòu)，便于標(biāo)準(zhǔn)的閱讀和擴(kuò)展。早期版本只規(guī)定了醫(yī)療設(shè)備遵循DICOM規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，DICOM3.0則明確描述了為達(dá)到特定級(jí)別而必需的規(guī)范聲明。例如，各種符合DICOM的設(shè)備生產(chǎn)廠家都應(yīng)該提供該設(shè)備的DICOM說明文件（DICOM conformance statement），文件中對(duì)此設(shè)備的DICOM圖像文件中的數(shù)據(jù)元素都有說明，以明示該設(shè)備的DICOM文件具有哪些元素和內(nèi)容。

（4）所有醫(yī)學(xué)成像設(shè)備都使用DICOM標(biāo)準(zhǔn)。因此，可以有效地利用各種設(shè)備的影像資源，并且可以在計(jì)算機(jī)中處理，而不必去研究每一臺(tái)設(shè)備的圖像存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。但也有不方便的地方就是，DICOM格式僅應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，日常使用的通用圖像處理軟件大多不能接受這個(gè)存儲(chǔ)格式，應(yīng)用時(shí)必須對(duì)DICOM圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)母袷睫D(zhuǎn)換。

（5）雖然在DICOM標(biāo)準(zhǔn)的說明中要求DICOM格式的圖像文件必須包含文件頭，但事實(shí)上，出于多種原因，多數(shù)廠家并沒有嚴(yán)格遵守這個(gè)要求，在文件中沒有包含文件頭或在文件頭中缺少某些信息。即使這樣，這種文件通常也能被DICOM應(yīng)用軟件所識(shí)別。

（6）確定了信息對(duì)象的唯一性標(biāo)志，這對(duì)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下清晰地定義信息對(duì)象之間的關(guān)系具有關(guān)鍵意義。DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的制定使得醫(yī)學(xué)圖像及各種數(shù)字信息在計(jì)算機(jī)間的傳送有了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

（7）采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，引入服務(wù)類的概念，封裝命令及其操作數(shù)據(jù)；確定了DICOM兼容的程度。

從目前的發(fā)展來看，DICOM已經(jīng)成為普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)，即大部分醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備及PACS系統(tǒng)都使用DICOM作為其互連標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)、歐洲、日本的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的主要制造商都已經(jīng)支持DICOM標(biāo)準(zhǔn)，基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的圖像分析和圖像處理及PACS在臨床診斷、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及醫(yī)學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用，具體如下：

（1）DICOM可作為不同廠家醫(yī)學(xué)成像設(shè)備之間的接口。目前DICOM涉及的醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括CT、MRI、CR、X線血管造影、X線透視、B超、核醫(yī)學(xué)成像、放射治療，X線數(shù)字?jǐn)z影，X線數(shù)字乳腺攝影等。DICOM通信接口非常重要的功能之一，是解決了不同廠商的各種符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備之間的通信問題。大中型醫(yī)院在購(gòu)置新的CT、MRI等醫(yī)療設(shè)備時(shí)，將能否提供符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的接口看作是一個(gè)重要的選型指標(biāo)。不同廠商生產(chǎn)的符合DICOM的醫(yī)療設(shè)備可以方便地進(jìn)行互連，也可用于兩臺(tái)醫(yī)療設(shè)備之間的圖像通信，或作為醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（如CT、MRI等）與圖像工作站之間的通信接口。

（2）DICOM可作為小型PACS（mini PACS）或部分型PACS（partial PACS）的通信標(biāo)準(zhǔn)。PACS是近年來隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展起來的，旨在全面解決醫(yī)學(xué)圖像的獲取、顯示、存儲(chǔ)、傳輸，以及管理的綜合系統(tǒng)，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)主要包括醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)獲取、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、圖像處理和顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)管理，以及用于圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)木钟蚧驈V域網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面。而保證PACS成為全開放式系統(tǒng)的重要網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議就是DICOM。只要遵照DICOM這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就可以通過PACS溝通不同廠家生產(chǎn)的不同種類的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像設(shè)備。

（3）DICOM作為遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)的圖像通信標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檫h(yuǎn)程醫(yī)療一般是在不同單位之間進(jìn)行，設(shè)備也分布在不同地區(qū)，所以一般情況下，進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療的設(shè)備多是不同廠家生產(chǎn)。這樣，這些設(shè)備必須遵守同一標(biāo)準(zhǔn)才能通信。目前，國(guó)際上的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)基本上采用DICOM標(biāo)準(zhǔn)作為其圖像通信的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）DICOM作為綜合的醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)中的圖像通信標(biāo)準(zhǔn)。由于在DICOM標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中參考了其他醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，DICOM非常適合于將PACS信息系統(tǒng)聯(lián)結(jié)到其他醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，特別是聯(lián)結(jié)到RIS或HIS。由于DICOM標(biāo)準(zhǔn)保證了PACS的通信標(biāo)準(zhǔn)與HIS/RIS通信標(biāo)準(zhǔn)的相互兼容，大大簡(jiǎn)化了兩種系統(tǒng)相連的兼容問題。

關(guān)于DICOM格式的進(jìn)一步討論，還可參見本書第8章的相關(guān)內(nèi)容。