DICOM图像全方位解读

素颜马尾好姑娘i 2023-01-01 11:57 136阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  1 定义
         *  2 包结构
         *  3 \`data\_element\`
         *   *  3.1 节点解读
             *  3.2 Tag 解读
             *   *  3.2.1 Tag 分类
                 *  3.2.2 关键 Tag
                 *  3.2.3 深挖指南
         *  4 实测
         *   *  4.1 操作步骤
             *  4.2 代码
             *   *  4.2.1 环境准备
                 *  4.2.2 读取DICOM 信息
                 *  4.2.3 匿名化处理
         *  5 回顾

### 1 定义 ###

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准（ISO 12052）。它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。

### 2 包结构 ###

![DICOM 包结构][DICOM]

由上图可知，一个 DICOM 图像的包结构包含三部分（前缀部分未画，值为 DICOM），分别为：

*  **导言**：固定为 128 字节，可直接忽略
 *  **前缀部分**：固定为 DICOM，代表此图为 DICOM 格式的数据，若前缀部分不是此固定值，则说明文件损坏，或者这根本就不是一个 DICOM 图像。
 *  **`data_element`⭐️**：这一部分是整个图像的重点，以 Tag（后面会详细进行描述） 大小顺序顺序排列值文件末尾。

到此，我们便可以粗略的解读出一张 DICOM 图像大致是由怎么组成的了。

### 3 `data_element` ###

#### 3.1 节点解读 ####

![data\_element][data_element]  
数据节点主要包含两个大类：**显式**与**隐式**，区别之处就在于隐式节点缺少了 `VR`（`Value Representation`，值表示） 标识。

每一个数据节点的数据结构都是一致的，包括

*  **组名**：data\_element 最前面的两个字节，对 data\_element 进行大方向上的分类。
 *  **元素号**：元素号又被称为标识号，可以看做是子分类，用于协同组名进行细化的数据项标识。
 *  **VR**：可以看做是编程语言中的数据类型，uint，int，long等，在 dicom 的标准中，VR 共有 27 中类型。
 *  **值 LEN**：表征像素数据的长度。
 *  **像素数据内容**：数据内容的存储是与 VR 是有关联的，VR 不存在时（即隐式），需要通过 tag 进行自行判断与处理。

组名是 dicom 标准中定义好的一种通用的信息标识，通常：

*  0002组描述设备通讯
 *  0008组描述特征参数
 *  0010组描述患者信息
 *  0028组描述图像信息参数

除此之外，还有很多其他组号，常用的数据就那么几个。

#### 3.2 Tag 解读 ####

##### 3.2.1 Tag 分类 #####

第二部分描述的Tag，其实就是：**组名**➕**元素号**，Tag 基本上有三种类型：

*  **文件元节点**：用以确认传输语法。
 *  **普通节点**：承载图像处理阶段对数据的加工内容，比如患者信息、医院信息等。
 *  **数据节点**：承载图像的像素数据

网上有这样一张图，可供参考。  
![三类 tag 的特征][tag]

> 注: 文件元 tag 以显式 VR 表示。

从上面可以了解到，VR 的种类为 27 （还有一种 UN，Unknown 类型），而 Tag 则有 2000+中。这二者的对应关系很奇妙，可以整理为：

*  不同的 DICOM 图像的同一个 Tag，对应的 VR 类型肯定是相同的。
 *  同一个 VR，可能会对应多个类型的 Tag。

比较拗口，但是仔细考虑下这种一对多的关系，应该也是可以理解的。

--------------------

##### 3.2.2 关键 Tag #####

在 DICOM 图像中，有两个 Tag 最为关键：

*  `0002,0000`，决定普通tag的读取方式 little字节序还是big字节序(也就是平时常说的序列化数据的大小端读取策略)，隐式VR还是显示VR。从网上找了一段代码，可参考如下：

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`，像素数据由此处开始。

![pydicom 中 tag 的描述][pydicom _ tag]

##### 3.2.3 深挖指南 #####

Dicom Tags 查找清单：[https://exiftool.org/TagNames/DICOM.html ][https_exiftool.org_TagNames_DICOM.html]  
![DICOM Tags][]

### 4 实测 ###

#### 4.1 操作步骤 ####

以[HexFriend][] 工具打开一张 DICOM 图像为例。

1.  加载 DICOM 图像，查看是否为合法图像。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70]
2.  查看 tag 的传输方式  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

从上图可以看到，开始的 tag`0002,0000`标识要以 little 形式读取普通tag。

1.  有第二步知道以小端形式读取 tag，则读取到数据 tag 的时候也应如此。  
    ![Pixel Data][]

![以小端形式读取数据 tag][tag 1]  
从此处开始，即可读取到对应的像素数据。

#### 4.2 代码 ####

下面以一段 python 代码为例，来测试下对 DICOM 的信息读取与匿名化处理。

##### 4.2.1 环境准备 #####

运行之前需要先安装`pydicom`库，命令如下：

pip install pydicom

##### 4.2.2 读取DICOM 信息 #####

![读取 DICOM 信息][DICOM 1]

##### 4.2.3 匿名化处理 #####

# coding: utf8
    
    from pydicom import dcmread
    filepath = "/tmp/I9500000"
    ds = dcmread(filepath)
    metas = [
        "PatientID",
        "PatientName",
        "PatientBirthDate",
        "PatientSex",
        "StudyDescription",
        "BodyPartExamined",
        "InstitutionName",
    ]
    
    anonymizations = { 
        "PatientName": "ZHANG SAN",
        "PatientBirthDate": "20210102",
        "PatientSex": "M",
    }
    
    for anonymizationKey, val in anonymizations.items():
        ds.data_element(anonymizationKey).value = val
    
    # 写回
    ds.save_as(filepath)

匿名化处理结果  
![匿名化处理结果][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 5 回顾 ###

简单回顾下本文，从包结构开始对 DICOM 有一个大致的认识，随着抽丝剥茧，对整个包进行细化拆分。了解到了 data\_element 与 tag 等术语及其各自之间的联系。通过代码简单对 DICOM 图像进行了信息读取与匿名化处理，对 DICOM 有了更深的认识。

此文为基础，后面还会围绕 DICOM 开发一些配套工具。科技，让生活更简单！

参考链接：

[1. VR 类型详解][1. VR]  
[2. 常见Tag详解][2. _Tag]

[DICOM]: /images/20221120/4d78388e29844705860c650a16e59609.png
[data_element]: /images/20221120/ab06dd08161447029585e91d0c83db0e.png
[tag]: /images/20221120/5f5041575c7549fa9f89008ac021d317.png
[pydicom _ tag]: /images/20221120/0aeb1c2b02eb48949dcadcb83bbdb2a6.png
[https_exiftool.org_TagNames_DICOM.html]: https://exiftool.org/TagNames/DICOM.html
[DICOM Tags]: /images/20221120/3f0e89546d084097886fc31c7dbcbb42.png
[HexFriend]: http://ridiculousfish.com/hexfiend/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/3c676303dc13457a8e6c1528c23a2d58.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221120/a5afe76689ab494e9dbdef4f725abe9f.png
[Pixel Data]: /images/20221120/3842ef384c64439889065e9a5b938d4e.png
[tag 1]: /images/20221120/ce22144ad13c4b62ae7ee501ad9e3797.png
[DICOM 1]: /images/20221120/c82f7d8754204e72bf1f69bc407eccf8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hcmtzaW5vYmVyZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221120/adcb725cd5e64f478377d5cc1de1a2df.png
[1. VR]: https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/75127140
[2. _Tag]: https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/75127101