Dicom格式文件解析器
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。
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：
又把论文里的这图贴上来 总结的很好。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：
1 string getVF(string VR, byte[] VF) 2 { 3 string VFStr = string.Empty; 4 switch (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 } 55 return 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：
| 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：
1 string getVR(string tag) 2 { 3 switch (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id 42 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ID 57 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 { 3 case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little 4 isLitteEndian = true; 5 isExplicitVR = true; 6 break; 7 case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big 8 isLitteEndian = false; 9 isExplicitVR = true; 10 break; 11 case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little 12 isLitteEndian = true; 13 isExplicitVR = false; 14 break; 15 default: 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。。。
原理过程讲完了
代码走起
1 class DicomHandler 2 { 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VR 15 16 //像素信息 17 int colors;//颜色数 RGB为3 黑白为1 18 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 else 47 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) 100 break; 101 byte[] pixData = dicomFile.ReadBytes(dataLen / 8 * colors); 102 reads += pixData.Length; 103 104 Color c = Color.Empty; 105 if (colors == 1) 106 { 107 int grayGDI; 108 109 double 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 112 int grayStart = (windowCenter - windowWith / 2); 113 int grayEnd = (windowCenter + windowWith / 2); 114 115 if (gray < grayStart) 116 grayGDI = 0; 117 else if (gray > grayEnd) 118 grayGDI = 255; 119 else 120 { 121 grayGDI = (int)((gray - grayStart) * 255 / windowWith); 122 } 123 124 if (grayGDI > 255) 125 grayGDI = 255; 126 else if (grayGDI < 0) 127 grayGDI = 0; 128 c = Color.FromArgb(grayGDI, grayGDI, grayGDI); 129 } 130 else if (colors == 3) 131 { 132 c = 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tag 151 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Len 157 //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 { 165 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current); 166 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 167 } 168 else 169 Len = 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 { 182 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current); 183 Len = dicomFile.ReadUInt32(); 184 } 185 else 186 Len = 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VF 194 //-------------------------------------------------------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 { 209 enDir = true; 210 folderData.Remove(0, folderData.Length); 211 folderTag = tag; 212 } 213 else 214 { 215 leve++;//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 { 222 enDir = false; 223 } 224 else 225 { 226 leve--; 227 } 228 } 229 else 230 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 { 247 case "1.2.840.10008.1.2.1\0"://显示little 248 isLitteEndian = true; 249 isExplicitVR = true; 250 break; 251 case "1.2.840.10008.1.2.2\0"://显示big 252 isLitteEndian = false; 253 isExplicitVR = true; 254 break; 255 case "1.2.840.10008.1.2\0"://隐式little 256 isLitteEndian = true; 257 isExplicitVR = false; 258 break; 259 default: 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 else 276 tags.Add(tag, "(" + VR + "):" + VFStr); 277 } 278 } 279 }
好了收工。
测试下成果
1 if (openFileDialog1.ShowDialog() != DialogResult.OK) 2 return; 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 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2013年新年快乐。
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。
