DICOM基本概念

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像和通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于描述、傳輸、存儲(chǔ)、檢索、打印和顯示醫(yī)學(xué)圖像以及相關(guān)的文本和數(shù)據(jù)信息。DICOM標(biāo)準(zhǔn)最初由美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）和醫(yī)療設(shè)備制造商協(xié)會(huì)（MITA）共同開發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)成為全球醫(yī)學(xué)圖像處理和管理的標(biāo)準(zhǔn)。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)定義了醫(yī)學(xué)圖像和數(shù)據(jù)在不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的無縫交互性，這意味著可以在不同廠商的設(shè)備上進(jìn)行圖像傳輸和共享，同時(shí)確保圖像和相關(guān)信息的完整性和準(zhǔn)確性。#dicom#標(biāo)準(zhǔn)支持各種模態(tài)的醫(yī)學(xué)圖像，包括CT、MRI、X射線、超聲、核醫(yī)學(xué)等。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)包括文件格式、數(shù)據(jù)元素、服務(wù)類、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等多個(gè)方面，可以通過各種編程語(yǔ)言和軟件庫(kù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。常見的DICOM軟件庫(kù)包括fo-dicom、dcmtk、GDCM、dcm4che,pydicom等。

截至目前（2023年12月），DICOM的最新版本是DICOM 3.0。DICOM標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)布后經(jīng)過不斷更新和修訂，以適應(yīng)醫(yī)學(xué)圖像和通信技術(shù)的發(fā)展，并增加新的功能和改進(jìn)現(xiàn)有功能。因此，DICOM的版本可能隨著時(shí)間的推移而變化。

fo-dicom是如何滿足 DICOM標(biāo)準(zhǔn)的基本要求

fo-dicom 是一個(gè)符合 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)的 C# 實(shí)現(xiàn)庫(kù)。它滿足 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，包括以下方面：

• 支持 DICOM 數(shù)據(jù)格式：fo-dicom 支持讀取、解析和生成 DICOM 數(shù)據(jù)格式，可以輕松地處理各種類型的 DICOM 文件和數(shù)據(jù)流。
• 實(shí)現(xiàn) DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信：fo-dicom 實(shí)現(xiàn)了 DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，支持與遠(yuǎn)程 DICOM 設(shè)備進(jìn)行通信，如查詢、檢索、存儲(chǔ)和發(fā)送等操作。
• 解析 DICOM 元數(shù)據(jù)：fo-dicom 可以解析 DICOM 數(shù)據(jù)集中的元數(shù)據(jù)信息，包括標(biāo)識(shí)符、序列、屬性值、VR（值表示）和長(zhǎng)度等。
• 處理 DICOM 圖像數(shù)據(jù)：fo-dicom 可以處理 DICOM 圖像數(shù)據(jù)，包括加載、顯示和處理像素?cái)?shù)據(jù)數(shù)組，支持多種顏色空間和位深度。
• 支持 DICOM 安全：fo-dicom 支持 DICOM 安全機(jī)制，包括 TLS 加密和認(rèn)證等功能，確保通信的安全性和可靠性。

在真正開發(fā)之前，我們先理解幾個(gè)fo-dicom構(gòu)建的基本概念

1、DicomElement（DICOM元素）：

在 fo-dicom 中，DicomElement（DICOM 元素）是用于表示 DICOM 數(shù)據(jù)集中的單個(gè)元素的類。每個(gè) DICOM 元素由一個(gè)標(biāo)簽（Tag）、一個(gè)值（Value）和其他屬性組成。

標(biāo)簽（Tag）：DICOM 標(biāo)簽是一個(gè)由兩個(gè) 16 位數(shù)字組成的唯一標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí) DICOM 數(shù)據(jù)集中的每個(gè)元素。標(biāo)簽以 “XXXX,XXXX” 的格式表示，其中 “XXXX” 是一個(gè) 16 位的十六進(jìn)制數(shù)。標(biāo)簽可以表示數(shù)據(jù)的各種屬性，例如像素值、圖像位置、患者信息等。

例如，Tag.SOPClassUID 是一個(gè)表示 SOP 類的標(biāo)簽。它的值是 0008,0016，表示每個(gè) DICOM 數(shù)據(jù)集都必須包含該標(biāo)簽，用于指定數(shù)據(jù)集中的 SOP 類別。

值（Value）：DicomElement 類中的 Value 屬性存儲(chǔ)了 DICOM 元素的值。這個(gè)值可以是一個(gè)單一的值，也可以是一個(gè)多值的序列。對(duì)于多值序列，可以使用 DicomSequence 類來表示序列中的每個(gè)元素。

例如，對(duì)于某個(gè) DICOM 元素的值是字符串類型，可以通過 DicomElement.GetString() 方法獲取字符串值。

VR（Value Representation，值的表示方式）：VR 屬性表示 DICOM 元素值的數(shù)據(jù)類型。

例如，DicomVR.PN 表示人名（Person Name）的值表示方式。

VM（Value Multiplicity，值的多重性）：VM 屬性表示 DICOM 元素值的允許數(shù)量。

例如，DicomVR.PN 的 VM 屬性為 1，表示人名（Person Name）的值只允許有一個(gè)。

Length（值的長(zhǎng)度）：Length 屬性表示 DICOM 元素值的字節(jié)長(zhǎng)度。

例如：假設(shè)有一個(gè) DICOM 數(shù)據(jù)集中的元素為患者姓名，標(biāo)簽為 0010,0010，值為 “John Doe”。在 fo-dicom 中，可以通過以下方式創(chuàng)建和訪問該元素：

DicomElement element = new DicomElement(DicomTag.PatientName, "John Doe");
string tag = element.Tag.ToString(); // "0010,0010"
string value = element.GetString(); // "John Doe"
DicomVR vr = element.ValueRepresentation; // DicomVR.PN
int vm = element.ValueMultiplicity; // 1
int length = element.Length; // 8

通過 DicomElement，我們可以方便地訪問和操作 DICOM 數(shù)據(jù)集中的每個(gè)元素的標(biāo)簽、值和其他屬性。

2、DicomDataset（DICOM數(shù)據(jù)集）：

在 fo-dicom 中，DicomDataset（DICOM 數(shù)據(jù)集）是用于表示一個(gè)完整的 DICOM 數(shù)據(jù)集的類。DICOM 數(shù)據(jù)集由多個(gè) DICOM 元素（DicomElement）組成，每個(gè)元素都有一個(gè)唯一的標(biāo)簽（Tag）和對(duì)應(yīng)的值（Value）。DicomDataset 提供了對(duì) DICOM 數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理、讀取和寫入的功能。

DicomDataset 類具有以下特點(diǎn)和功能：

• 存儲(chǔ) DICOM 元素：DicomDataset 可以容納多個(gè) DICOM 元素。通過添加、刪除和修改元素，可以對(duì) DICOM 數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作。
• 獲取和設(shè)置元素：可以通過標(biāo)簽獲取和設(shè)置 DICOM 數(shù)據(jù)集中的元素。可以使用 DicomTag 或字符串表示的標(biāo)簽來訪問元素。
• 保存和加載 DICOM 數(shù)據(jù)：DicomDataset 支持將 DICOM 數(shù)據(jù)保存到文件中或從文件加載 DICOM 數(shù)據(jù)。可以使用 DicomFile 類來進(jìn)行文件的讀取和寫入。

例如：假設(shè)有一個(gè)包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數(shù)據(jù)集。我們可以使用 DicomDataset 類來創(chuàng)建和訪問這些元素：

DicomDataset dataset = new DicomDataset();

// 添加元素
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientName, "John Doe"));
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientID, "12345"));

// 獲取元素值
string patientName = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientName);
string patientID = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientID);

// 修改元素值
dataset.AddOrUpdate(DicomTag.PatientName, "Jane Smith");

// 刪除元素
dataset.Remove(DicomTag.PatientID);

通過使用 DicomDataset，我們可以方便地創(chuàng)建、訪問和操作 DICOM 數(shù)據(jù)集中的元素。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進(jìn)行 DICOM 數(shù)據(jù)處理變得更加簡(jiǎn)單和高效。

3、DicomFile（DICOM文件）：

在 fo-dicom 中，DicomFile（DICOM 文件）是用于表示一個(gè) DICOM 文件的類。DICOM 文件通常以 .dcm 或 .dicom 的擴(kuò)展名保存，其中包含一個(gè)完整的 DICOM 數(shù)據(jù)集。DicomFile 類提供了讀取和寫入 DICOM 文件的功能。

DicomFile 類具有以下特點(diǎn)和功能：

• 存儲(chǔ) DICOM 數(shù)據(jù)集：DicomFile 可以容納一個(gè)完整的 DICOM 數(shù)據(jù)集，包括多個(gè) DICOM 元素。
• 讀取 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 類從磁盤中讀取 DICOM 文件，并將其轉(zhuǎn)換為 DicomDataset 對(duì)象。讀取文件時(shí)，可以選擇指定編碼（Encoding）和字節(jié)順序（ByteOrder）。
• 寫入 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 類將 DicomDataset 對(duì)象寫入到磁盤中，生成一個(gè)新的 DICOM 文件。寫入文件時(shí)，可以選擇指定編碼（Encoding）和字節(jié)順序（ByteOrder）。

例如：假設(shè)有一個(gè)包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數(shù)據(jù)集，我們可以使用 DicomFile 類來將其保存到磁盤中：

DicomDataset dataset = new DicomDataset();
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientName, "John Doe"));
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientID, "12345"));

// 將數(shù)據(jù)集寫入到磁盤中
string filePath = "C:\\temp\\mydicomfile.dcm";
DicomFile file = new DicomFile(dataset, filePath);
file.Save();

同時(shí)，我們也可以從磁盤中讀取 DICOM 文件，并將其轉(zhuǎn)換為 DicomDataset 對(duì)象：

// 從磁盤中讀取 DICOM 文件
DicomFile file = DicomFile.Open(filePath);

// 將文件內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)集
DicomDataset dataset = file.Dataset;

// 獲取元素值
string patientName = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientName);
string patientID = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientID);

通過使用 DicomFile，我們可以方便地進(jìn)行 DICOM 文件的讀取和寫入，并將文件內(nèi)容轉(zhuǎn)換為 DicomDataset 對(duì)象。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進(jìn)行 DICOM 數(shù)據(jù)處理變得更加簡(jiǎn)單和高效。

4、DicomTag（DICOM標(biāo)簽）：

在 fo-dicom 中，DicomTag（DICOM 標(biāo)簽）是用于表示 DICOM 數(shù)據(jù)集中的元素標(biāo)識(shí)符的類。每個(gè) DICOM 元素都有一個(gè)唯一的標(biāo)簽，該標(biāo)簽指定了元素的類型、值、長(zhǎng)度和位置等信息。

DicomTag 類具有以下特點(diǎn)和功能：

• 表示 DICOM 元素標(biāo)識(shí)符：DicomTag 類用于表示 DICOM 數(shù)據(jù)集中元素的標(biāo)識(shí)符，包括元素的組號(hào)和元素號(hào)。
• 獲取標(biāo)簽屬性：可以使用 DicomTag 類獲取標(biāo)簽的屬性，如組號(hào)、元素號(hào)、VR 等。
• 訪問 DICOM 元素：可以使用 DicomTag 類來訪問 DICOM 數(shù)據(jù)集中具有特定標(biāo)簽的元素。

例如：假設(shè)有一個(gè)包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數(shù)據(jù)集。我們可以使用 DicomTag 類來創(chuàng)建和訪問這些元素：

// 創(chuàng)建標(biāo)簽
DicomTag patientNameTag = new DicomTag(0x0010, 0x0010);
DicomTag patientIDTag = new DicomTag(0x0010, 0x0020);

// 獲取標(biāo)簽屬性
int groupNumber = patientNameTag.Group;
int elementNumber = patientNameTag.Element;
string vr = patientNameTag.VR.Code;

// 訪問 DICOM 元素
DicomDataset dataset = new DicomDataset();
dataset.Add(new DicomElement(patientNameTag, "John Doe"));
dataset.Add(new DicomElement(patientIDTag, "12345"));

string patientName = dataset.GetSingleValue<string>(patientNameTag);
string patientID = dataset.GetSingleValue<string>(patientIDTag);

通過使用 DicomTag，我們可以方便地創(chuàng)建、訪問和操作 DICOM 數(shù)據(jù)集中的元素標(biāo)識(shí)符。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進(jìn)行 DICOM 數(shù)據(jù)處理變得更加簡(jiǎn)單和高效。

特別需要注意的是：每個(gè)新版本的 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)，都可能會(huì)有新的 DICOM 標(biāo)簽的增加或舊標(biāo)簽的刪除。DICOM 標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展和演變，以適應(yīng)醫(yī)療領(lǐng)域的需求和技術(shù)進(jìn)步。DICOM 標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）共同制定和管理，經(jīng)過廣泛的行業(yè)參與和專家審查。每個(gè)新版本的 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)根據(jù)醫(yī)療實(shí)踐的需求和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行更新和擴(kuò)展。新版本的 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)引入新的標(biāo)簽，以支持新的圖像、測(cè)量、功能等。這些新標(biāo)簽可以用于描述新的醫(yī)療設(shè)備、新的圖像處理算法或新的數(shù)據(jù)需求。

同時(shí)，舊版本的 DICOM 標(biāo)簽也可能會(huì)被刪除或廢棄。一些標(biāo)簽在新版本中可能不再使用，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)過時(shí)或不再符合當(dāng)前的醫(yī)療實(shí)踐。這樣的修改可以確保 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性、一致性和適應(yīng)性。

因此，了解和跟蹤最新的 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)版本對(duì)于正確解釋和處理 DICOM 數(shù)據(jù)集非常重要。開發(fā)人員和用戶需要及時(shí)了解最新版本的 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)，并確保使用的庫(kù)或工具能夠支持該版本以獲取最佳的兼容性和功能。

5、DicomServiceClass（DICOM服務(wù)類）：

在 fo-dicom 中，DicomService（DICOM 服務(wù)）是一個(gè)抽象類，用于表示與 DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的服務(wù)。它提供了一組方法和屬性，用于建立 DICOM 連接、執(zhí)行 DICOM 操作以及處理 DICOM 數(shù)據(jù)。

DicomService 包括以下基本概念：

• 連接：DicomService 提供了建立和管理 DICOM 連接的功能。它可以作為一個(gè)服務(wù)端監(jiān)聽傳入的連接請(qǐng)求，也可以作為一個(gè)客戶端發(fā)起連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器。
• 操作：DicomService 定義了執(zhí)行各種 DICOM 操作的方法。這些操作包括查詢、檢索、存儲(chǔ)、發(fā)送等。使用這些方法，可以向遠(yuǎn)程 DICOM 設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求，并接收和處理響應(yīng)。
• 事件：DicomService 提供了一組事件，用于捕獲和處理與 DICOM 通信相關(guān)的事件。例如，可以通過處理 OnConnectionClosed 事件來處理連接關(guān)閉的情況，或者通過處理 OnCStoreRequest 事件來處理存儲(chǔ)請(qǐng)求。

例如：以 DicomServer 類為例，它是 fo-dicom 中用于實(shí)現(xiàn) DICOM 服務(wù)端的具體類。以下是一個(gè)示例代碼：

// 創(chuàng)建 DICOM 服務(wù)端實(shí)例
DicomServer server = new DicomServer();

// 設(shè)置服務(wù)端的參數(shù)和配置
server.AETitle = "MY_AE_TITLE";
server.Port = 11112;

// 處理連接建立的事件
server.OnConnectionRequest += (sender, e) =>
{
    Console.WriteLine("收到連接請(qǐng)求：" + e.Association.CallingAETitle);

    // 接受連接請(qǐng)求
    e.AcceptAssociation();
};

// 處理存儲(chǔ)請(qǐng)求的事件
server.OnCStoreRequest += (sender, e) =>
{
    Console.WriteLine("收到存儲(chǔ)請(qǐng)求：" + e.File.Dataset.GetSingleValueOrDefault<string>(DicomTag.PatientName, ""));
    
    // 存儲(chǔ)請(qǐng)求處理邏輯...
    
    // 發(fā)送存儲(chǔ)響應(yīng)
    e.SendResponse(DicomStatus.Success);
};

// 啟動(dòng)服務(wù)端并開始監(jiān)聽連接
server.Start();

Console.WriteLine("DICOM 服務(wù)端已啟動(dòng)，監(jiān)聽端口：" + server.Port);

// 等待用戶按下任意鍵停止服務(wù)端
Console.ReadKey();

// 停止服務(wù)端
server.Stop();

Console.WriteLine("DICOM 服務(wù)端已停止。");

在上述示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè) DicomServer 實(shí)例，并設(shè)置了服務(wù)端的參數(shù)，如 AE 標(biāo)題和監(jiān)聽端口。然后，我們通過訂閱 OnConnectionRequest 事件來處理傳入的連接請(qǐng)求，當(dāng)收到連接請(qǐng)求時(shí)，打印相應(yīng)的消息并接受該連接。同時(shí)，我們還訂閱了 OnCStoreRequest 事件來處理存儲(chǔ)請(qǐng)求，在收到存儲(chǔ)請(qǐng)求時(shí)，打印患者姓名并發(fā)送存儲(chǔ)響應(yīng)。最后，我們啟動(dòng)服務(wù)端并開始監(jiān)聽連接。

通過使用 DicomService 的具體實(shí)現(xiàn)，如 DicomServer，我們可以方便地實(shí)現(xiàn)自定義的 DICOM 服務(wù)端或客戶端，并處理與 DICOM 通信相關(guān)的各種操作和事件。這使得在 fo-dicom 中進(jìn)行 DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信變得更加靈活和可定制。

這一塊是DICOM通信部分非常重要的內(nèi)容。后續(xù)我會(huì)重點(diǎn)分析這個(gè)部分的內(nèi)容，期待分享。

6、DicomImage（DICOM圖像）：

在 fo-dicom 中，DicomImage（DICOM 圖像）是一個(gè)用于表示 DICOM 圖像數(shù)據(jù)的類。它提供了一組方法和屬性，用于加載、顯示和處理 DICOM 圖像。

DicomImage 包括以下基本概念：

• 數(shù)據(jù)集：DicomImage 是基于一個(gè) DICOM 數(shù)據(jù)集構(gòu)建的。該數(shù)據(jù)集通常包含有關(guān)圖像的元數(shù)據(jù)信息，如像素?cái)?shù)據(jù)大小、采樣率、顏色空間等。使用 DicomFile 或 DicomDataset 類可以從 DICOM 文件或數(shù)據(jù)流中讀取數(shù)據(jù)集。
• 像素?cái)?shù)據(jù)：DicomImage 還包含一個(gè)或多個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)數(shù)組，這些數(shù)組存儲(chǔ)了圖像的像素值。使用 GetPixelData 方法可以獲取像素?cái)?shù)據(jù)數(shù)組。根據(jù)圖像的顏色空間和位深度，可以使用不同的像素?cái)?shù)據(jù)類型來表示像素值。
• 顯示：DicomImage 提供了一組方法和屬性，用于在圖像視圖中顯示圖像。可以使用 WPF 或 WinForms 控件來實(shí)現(xiàn)具體的圖像顯示。

例如：以 DicomImage 類為例，以下是一個(gè)示例代碼：

// 從 DICOM 文件中加載圖像數(shù)據(jù)集
DicomFile dicomFile = DicomFile.Open("image.dcm");
DicomImage dicomImage = new DicomImage(dicomFile.Dataset);

// 獲取圖像的像素?cái)?shù)據(jù)數(shù)組
ushort[] pixelData = dicomImage.GetPixelData<ushort>();

// 顯示圖像
WpfImageViewer imageViewer = new WpfImageViewer();
imageViewer.Image = dicomImage.RenderImage();
imageViewer.Show();

在上述示例中，我們首先使用 DicomFile 類從 DICOM 文件中讀取圖像數(shù)據(jù)集，然后創(chuàng)建一個(gè) DicomImage 實(shí)例，并將數(shù)據(jù)集作為參數(shù)傳遞。接下來，我們使用 GetPixelData 方法獲取像素?cái)?shù)據(jù)數(shù)組，并將其存儲(chǔ)到 pixelData 變量中。最后，我們使用 WpfImageViewer 控件顯示圖像。

通過使用 DicomImage 類，我們可以輕松地加載、顯示和處理 DICOM 圖像數(shù)據(jù)。這使得在 fo-dicom 中進(jìn)行 DICOM 圖像處理變得更加方便和高效。

總結(jié)

上面介紹的這些基本概念，只是眾多內(nèi)容中的一小部分，僅僅因?yàn)檫@些概念在使用fo-dicom期間經(jīng)常被引用，理解它們的含義和使用方法對(duì)于成功處理DICOM數(shù)據(jù)非常重要。