第2节　医学影像格式转换和基本处理

一、医学影像格式转换

DICOM既是医学影像格式的标准，也是影像通信的标准。凡是符合DICOM标准的设备均能够作为独立的节点连入PACS网络，与其他网内节点进行信息交换。但是在PACS网络之外，一方面，不同于常见的JPEG、BMP、TIFF等影像格式，真正支持DICOM影像处理的跨平台应用又实用的通用软件并不多，脱离了采集设备和厂商支持的工作站，DICOM影像不被日常使用的图像处理软件识别，这阻碍了影像和相关诊断内容与通用信息系统的信息共享，因此有必要进行格式转换。

另一方面，各医院里并不是所有影像设备都支持DICOM 3.0标准，近年来，医院在采购现代医疗仪器设备时大多考虑要求支持通用标准，但仍有大量的老式影像设备在使用中，它们往往只能输出胶片，或者只有普通的视频输出，或者使用专用的图像格式。在建设PACS的时候往往必须考虑到为了使现有的大量不符合DICOM格式的医学影像设备进入PACS网络，需要使用一个通用的DICOM格式转换工具包，将那些不符合标准的影像结果纳入网络。所以，DICOM格式文件和常见的图像格式之间的转换十分必要。

图2-3为一个成像设备采集到的小腿部影像，通过分析该文件格式了解一下DICOM影像是如何转换为通用的BMP图像格式显示的，因为JPEG等压缩格式图像均可和BMP位图自由转换，不另作示例。

（一）读取文件头识别类型

通过DICOM文件格式的学习，我们知道通过读取DICOM文件的文件头里的2字节的前缀“DICM”可以判断该文件是否是DICOM文件。

（二）读取文件头和数据集数据

文件头中还包括其他一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等，并指明在其后所封装的数据集及影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均定义为0X0002，且结构是低价先存（Little Endian，低位地址存放低字节，区别于Big Endian低位存放高字节）编码，“0002，0010，Transfer Syntax UID=1.2.840.10008.1.2.”指定传输语法，它定义了数据集编码以及影像像素集的压缩方式，是自然未压缩格式（bitmap）而不是压缩图像（JPEG）。

DICOM文件在数据集后部保存着一张医学影像，显示和转换图片格式必须知道图像高、宽，图像的帧数以及每一像素占用的位数等与显示有关的元素值，此类组标识为0X0028，如表2-2所示。

（三）DICOM影像的显示

实现DICOM影像的位图转换有必要简单了解一下BMP图像的基本格式。一般的BMP图像文件由文件头、位图信息、像素矩阵三部分组成。文件头是文件开头的14个字节，其数据结构含有BMP文件的类型标志‘BM’、文件大小和位图起始位置等信息；位图信息文件头之后是必须具备的40字节基本位图信息和可选的不定长（长度为4的倍数）色彩对应表（用于色彩效果渲染，医学影像不应采用），这部分用于说明位图的尺寸、分辨率等信息；像素矩阵记录了图像的每一个像素值，在显示时，操作系统是从图像的左下角开始（从左到右、从下到上）逐行扫描图像，图像的像素矩阵每个点的值都被一一记录下来形成位图显示。

对比DICOM和BMP的图像格式可知，要把DICOM影像转换为BMP图像，首先读取文件头和数据集数据，获取关于图像的宽、高等必须信息；其次，由于DICOM像素的显示顺序是从左到右、从上到下，第一行显示完再显示第二行，这与BMP图像是不同的，转换中DICOM像素矩阵需要进行一次垂直方向上镜像变化，即将DICOM影像中最下排的像素填到BMP图像的最上排。有了数据信息，就可以填充BMP图像文件相关参数，确定图像矩阵的位置。

最后，需要确定BMP像素矩阵的灰度值。由于DICOM医学影像是用12位或16位的灰度等级来显示一个灰度图的，其灰度级别高达2¹²~2¹⁶，而一般的CRT或LCD显示器只支持8位的灰度等级，并且BMP图像中，当其矩阵像素的红、绿、蓝3个字节的值相等就构成了黑白图像，在显示黑白图像时，这3个字节实质上只包含了一个字节的信息量，因而BMP图像仅包含8位256个灰度等级，事实上256个灰度等级已经满足人眼的辨别极限了。因此，格式转换中必须通过加窗操作实现高灰度等级到低灰度等级的映射。格式变换之前，通过读取DICOM图像的显示窗宽、窗位值（在DICOM设备或软件中，将窗宽、窗位调节到最佳情况），根据窗位确定中心灰度值，低于窗宽的显示为最暗，高于窗宽的显示为最亮，窗宽范围内部的值通过一定的线性或者非线性变换转换为0~255灰度范围内的值。由此得到了BMP图像每一个像素矩阵的值。

二、基本处理

学习了DICOM影像的基本格式和转换，我们应该知道：采用面向对象思想定义标准的DICOM影像基于现代医疗仪器，复合了多种信息对象类、多种服务的图像格式，对于它的基本处理除了包括常见的图像处理操作类型外，还包括信息对象类和各种服务类的实现。下面结合常见的DICOM工具予以介绍。

PIVIEW DICOM软件是MediFace公司的产品，应用于DICOM工作站，支持三维重建，还可以用来测试DICOM通信。PIVIEW不但可以打印图文报告，而且报告格式可以自己编辑，非常方便。

eFilm Workstation软件是一个常用的医学影像浏览和处理工具，目前版本是付费的，同时也是一个完全遵守DICOM 3.0标准集PACS、HIS、RIS于一体的庞大的信息系统。它具备以下基本功能：数据接收、图像处理和测量、图像保存、图像管理、系统参数设置等。这款软件适用于CR、MRI、CT、超声等检查项目，内附有大量典型模板，写报告非常简单，用于各种医学影像图文报告的书写、打印、统计、查询、DICOM影像浏览等。

EZDICOM是一款非常好用的DICOM影像浏览工具，可以进行窗宽、窗位调整，长度测量，可以显示头文件信息，并可以位图方式进行转换输出等。

免费开源的DCMTK工具包是一个执行大部分DICOM标准的库和应用程序的集合，可实现校验、构造和转换DICOM影像文件、处理脱机媒质、通过网络连接传送和接收图像、图像存储和wlmscpfs服务等功能。DCMTK提供完整源码，可在Windows、UNIX、Linux、Sohris等多种平台下编译，并进行二次开发。但是相对而言，对于开发能力要求较高，不适于教学实践。

现在虽然有很多DICOM浏览工具，但是开源的很少，并且付费的正版软件价格昂贵，免费软件的功能则不够完善。

最后并且最重要的是Matlab工具。起初它是一种专门应用于矩阵运算的软件，诞生于20世纪70年代，经过多年的发展，Matlab已演变成可以解决多数科学计算问题的综合性软件，目前已升级到Matlab 7.0版本。它是美国MathWorks公司推出的数值计算和图形处理的数学计算环境，其所带图形图像处理工具箱几乎涵盖了图像处理领域各种常用函数（包括DICOM图像文件的处理函数）。这些函数如果用C语言来实现，均需要几十甚至几百条语句以上。Matlab是功能强大、运算效率很高的数字工具软件，它带有相应的图像处理工具箱和图像处理函数，简化了编程过程，可以十分方便地用于医学图像处理演示和练习。