基于DICOM 標準的醫學圖像存儲與訪問的研究
徐磊 ，王英 ，張耀軍
(1．華北電力大學(北京)計算機科學與技術系，北京102206；2．公安部第一研究所，北京10220o)
[中圈分類號】TP39 [文獻標識碼】A [文章編號】1002—2376(2005l 11一oooi一04
[摘要]本文詳細介紹了基于DICOM標準的醫學圖像文件格式和數據元素結構，介紹了我們在Windows
環境下利用C++研制實現了一個基于DICOM標準的醫學圖像存儲與訪問系統，描述了系統中醫學圖像的存儲
結構與讀寫算法，該方案在一個實用的口腔數字影像系統中通過了驗證。
[關鍵詞]醫學圖像；DICOM (Digita1 Imaging and Communications in Medicine)；醫學存檔和通訊系統
(PACS)；數據集
1 引言
DICOM (Digital Imaging and Communications in
Medicine)是一種規定數字醫學影像和相關信息的格
式及其信息交換方法的國際標準，其應用范圍不斷擴
展。以下是DICOM最新版本各個組成部分：
第一部分：引言與概述。簡要介紹了DICOM標
準的概念及其組成。
第二部分：兼容性。
第三部分：信息對象定義。對醫學數字圖像存儲
和通信方面的信息對象提供了抽象的定義。
第四部分：服務類。詳細論述了作用在信息對象
上的命令及其產生的結果。
第五部分：數據結構和編碼。描述了怎樣對信息
對象類和服務類進行構造和編碼。
第六部分：數據字典。DICOM中所有表示信息
的數據元素定義的集合。
第七部分：消息交換。定義醫學圖像應用實體進
行消息交換通訊時用到的服務和協議。
第八部分：消息交換的網絡通訊支持。
第九部分：消息交換的點對點通訊支持。
第十部分：用于介質交換的介質存儲和文件格
式。
第十一部分：介質存儲應用規范。
第十二部分：物理介質和介質格式。
第十三部分：點對點通信支持的打印管理。
第十四部分：圖像灰度標準顯示功能。
第十五部分：安全措施。
收稿日期：2OO5—09—26
醫療裝備2OO5第l1期
第十六部分：標準內容參考資源。
DICOM標準各部分相互聯系，圖1顯示了DI．
COM標準各部分的關聯情況。
第1O
部分
用于
介質
交換
的介
質存
儲和
文件
格式
第l1
部分
第4部分服務類
第3部分
信息對象定義
第5部分
數據結構和編碼
第14
部分
灰度
標準
顯示
功能
第6
部分
數據
字典
第7部分
DICOM消息交換
霎 消息交 赫訊支持
田1 DICOM標準組成邵分關聯田
本文所研究的就是DICOM的第十部分，關于介
質存儲和文件格式，這主要基于PACS系統在醫療領
域的應用。PACS(Picture Archiving and Communication
System)是圖像存檔和通訊系統，它以數字的方法來
存儲、管理、傳送和顯示醫學影像和相關信息，具有
圖像質量高，存儲、傳輸和復制無失真，傳送迅速，
影像資料可共享等突出的特點。為了提升醫療服務水
準，跟隨醫學影像技術和網絡技術的發展，我國眾多
醫院都在大量配備各種數字影像設備，并開始建立醫
院管理信息系統(HIS)，開展遠程醫療試驗。因此，
】
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對于圖像存檔和通訊系統(PACS)的需求也越來越
緊迫，PACS的應用前景十分誘人。PACS必需解決的
技術問題之一就是統一各種數字化影像設備的圖像數
據的存儲格式。
2 基于D】C0M標準的醫學圖像文件
DICOM文件提供了一種封裝方式，將DICOM信
息對象定義IOD的一個SOP實例以數據集的形式封
裝在一個文件中。數據集的字節流位于DICOM文件
頭信息之后，每個文件包含一個單一的SOP實例。
這個實例包含有一幀或多幀圖像。基于DICOM標準
的醫學圖像文件由文件頭信息(File Meta Information)
和數據集(Data Set)部分組成。結構如圖2所示。
DIC0M l 1 DIC0M
SOP實例I l SOP實例
ll DICOM第五部分編碼 ll
lDICOM文l l DICOM數
件頭信息J l據集
-個文件包含一個SOP實
lD件ICOM文l IDICOM數1
頭信息J l據集 J
- 個文件包含一個SOP實例
多個DICOM格式的文件集合
田2 DICOM標準的圖像文件存循格式
(1)數據集(Data Set)與數據元素(Data Ele．
ment)
數據集部分是由若干個數據元素組成，按數據元
素標記中的組號以及元素號數值增加的方式進行排
序，依次排列。每個數據元素代表病人相關信息
(IOD)或象素點數據(Pixel Data)，其基本格式如圖
3所示。
圈3 數據集結構
整個數據集部分是由數據元素組合而成的，病人
相關信息和圖像象素點數據都是單個的數據元素，而
每個數據元素又包括如下幾部分：
標簽(Tag)：包括組號和元素號兩部分(group，
element)，一對有序16位無符號整數，前16位表示
組號，后16位表示元素號。
元素類型VR (Value Representation)：兩個字節的
字符串，表示數據元素值的類型，例如：cs、uI、
UL等。這是一個可選擇的域，是否含有VR依賴于
通訊時的傳輸語法。
數據元素值的長度(Value Length)：16位或32
位無符號整數。記錄數據元素值的長度，始終為偶
2
數。
值域(Value Field)：存儲數據元素的值，始終為、
偶數個字節。
(2)帶vR的數據元素結構(Data Element Struc．
ture with Explicit VR)
所謂帶vR的數據元素就是整個數據集中的所有
數據元素都必須帶有V R域。這種類型的數據元素結
構比較復雜，依賴于V R的值不同，其結構也不同。
經總結分別說明(見表1、表2)。
表1 帶VR域。且VR值為0B、OW或SQ的數據元素結構
標簽( r 長度 值域
日g) vR (V
alue ) (Value Field)
組號 元素號 包含兩個
16位 16位 字符的字 保留部 32位無符號 描述數據元
無符號 無符號 符串(其 分，值為 整數 素值的偶數
整數 整數 值為OB、 0000Hl 字節
OW、sQ)
2字節 2字節 2字節 2字節 4字節 值長度部分記
錄的字節數
表2 帶vR域。且VR值不是0B、OW或SQ的數據元素結構
標簽( r 長度 值域
日g) vR (Val
uelength) (Value Field)
組號 元素號 包含兩個字 描述數據元素
16位無 16位無 符的字符串 16位無符號整數 值的偶數字節
符號整數 符號整數
2字節 2字節 2字節 2字節 值長度部分記
錄的字節數
(3)隱藏VR 的數據元素結構(Data Element
Structure with Implicit VR)
所謂隱藏VR的數據元素就是整個數據集中的所
有數據元素不帶有VR域，其結構見表3。
表3 隱藏VR的數據元素結構
標簽( r 長度 值域
日g) (V
alueI~sth) (Value Field)
組號 元素號 32位無 描述數據元素
16位無符號整數 16位無符號整數 符號整數 值的偶數字節
2字節 2字節 4字節 值長度部分記
錄的字節數
(4)文件頭信息結構(FileMetaInformation)
文件頭信息標識文件為DICOM文件，除前邊128
字節的文件前言和4字節的“DICM”前綴外，其余部分
為單個的數據元素，我們根據標準總結結構見表4。
3 圖像存儲與訪問算法
根據前述確立的文件存儲結構，我們定義了相應
的c++類的體系，并實現了基于該數據描述模型上
的訪問算法。
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