基于DICOM 标准的医学图像存储与访问的研究
徐磊 ，王英 ，张耀军
(1．华北电力大学(北京)计算机科学与技术系，北京102206；2．公安部第一研究所，北京10220o)
[中圈分类号】TP39 [文献标识码】A [文章编号】1002—2376(2005l 11一oooi一04
[摘要]本文详细介绍了基于DICOM标准的医学图像文件格式和数据元素结构，介绍了我们在Windows
环境下利用C++研制实现了一个基于DICOM标准的医学图像存储与访问系统，描述了系统中医学图像的存储
结构与读写算法，该方案在一个实用的口腔数字影像系统中通过了验证。
[关键词]医学图像；DICOM (Digita1 Imaging and Communications in Medicine)；医学存档和通讯系统
(PACS)；数据集
1 引言
DICOM (Digital Imaging and Communications in
Medicine)是一种规定数字医学影像和相关信息的格
式及其信息交换方法的国际标准，其应用范围不断扩
展。以下是DICOM最新版本各个组成部分：
第一部分：引言与概述。简要介绍了DICOM标
准的概念及其组成。
第二部分：兼容性。
第三部分：信息对象定义。对医学数字图像存储
和通信方面的信息对象提供了抽象的定义。
第四部分：服务类。详细论述了作用在信息对象
上的命令及其产生的结果。
第五部分：数据结构和编码。描述了怎样对信息
对象类和服务类进行构造和编码。
第六部分：数据字典。DICOM中所有表示信息
的数据元素定义的集合。
第七部分：消息交换。定义医学图像应用实体进
行消息交换通讯时用到的服务和协议。
第八部分：消息交换的网络通讯支持。
第九部分：消息交换的点对点通讯支持。
第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格
式。
第十一部分：介质存储应用规范。
第十二部分：物理介质和介质格式。
第十三部分：点对点通信支持的打印管理。
第十四部分：图像灰度标准显示功能。
第十五部分：安全措施。
收稿日期：2OO5—09—26
医疗装备2OO5第l1期
第十六部分：标准内容参考资源。
DICOM标准各部分相互联系，图1显示了DI．
COM标准各部分的关联情况。
第1O
部分
用于
介质
交换
的介
质存
储和
文件
格式
第l1
部分
第4部分服务类
第3部分
信息对象定义
第5部分
数据结构和编码
第14
部分
灰度
标准
显示
功能
第6
部分
数据
字典
第7部分
DICOM消息交换
霎 消息交 赫讯支持
田1 DICOM标准组成邵分关联田
本文所研究的就是DICOM的第十部分，关于介
质存储和文件格式，这主要基于PACS系统在医疗领
域的应用。PACS(Picture Archiving and Communication
System)是图像存档和通讯系统，它以数字的方法来
存储、管理、传送和显示医学影像和相关信息，具有
图像质量高，存储、传输和复制无失真，传送迅速，
影像资料可共享等突出的特点。为了提升医疗服务水
准，跟随医学影像技术和网络技术的发展，我国众多
医院都在大量配备各种数字影像设备，并开始建立医
院管理信息系统(HIS)，开展远程医疗试验。因此，
】
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对于图像存档和通讯系统(PACS)的需求也越来越
紧迫，PACS的应用前景十分诱人。PACS必需解决的
技术问题之一就是统一各种数字化影像设备的图像数
据的存储格式。
2 基于D】C0M标准的医学图像文件
DICOM文件提供了一种封装方式，将DICOM信
息对象定义IOD的一个SOP实例以数据集的形式封
装在一个文件中。数据集的字节流位于DICOM文件
头信息之后，每个文件包含一个单一的SOP实例。
这个实例包含有一帧或多帧图像。基于DICOM标准
的医学图像文件由文件头信息(File Meta Information)
和数据集(Data Set)部分组成。结构如图2所示。
DIC0M l 1 DIC0M
SOP实例I l SOP实例
ll DICOM第五部分编码 ll
lDICOM文l l DICOM数
件头信息J l据集
-个文件包含一个SOP实
lD件ICOM文l IDICOM数1
头信息J l据集 J
- 个文件包含一个SOP实例
多个DICOM格式的文件集合
田2 DICOM标准的图像文件存循格式
(1)数据集(Data Set)与数据元素(Data Ele．
ment)
数据集部分是由若干个数据元素组成，按数据元
素标记中的组号以及元素号数值增加的方式进行排
序，依次排列。每个数据元素代表病人相关信息
(IOD)或象素点数据(Pixel Data)，其基本格式如图
3所示。
圈3 数据集结构
整个数据集部分是由数据元素组合而成的，病人
相关信息和图像象素点数据都是单个的数据元素，而
每个数据元素又包括如下几部分：
标签(Tag)：包括组号和元素号两部分(group，
element)，一对有序16位无符号整数，前16位表示
组号，后16位表示元素号。
元素类型VR (Value Representation)：两个字节的
字符串，表示数据元素值的类型，例如：cs、uI、
UL等。这是一个可选择的域，是否含有VR依赖于
通讯时的传输语法。
数据元素值的长度(Value Length)：16位或32
位无符号整数。记录数据元素值的长度，始终为偶
2
数。
值域(Value Field)：存储数据元素的值，始终为、
偶数个字节。
(2)带vR的数据元素结构(Data Element Struc．
ture with Explicit VR)
所谓带vR的数据元素就是整个数据集中的所有
数据元素都必须带有V R域。这种类型的数据元素结
构比较复杂，依赖于V R的值不同，其结构也不同。
经总结分别说明(见表1、表2)。
表1 带VR域。且VR值为0B、OW或SQ的数据元素结构
标签( r 长度 值域
日g) vR (V
alue ) (Value Field)
组号 元素号 包含两个
16位 16位 字符的字 保留部 32位无符号 描述数据元
无符号 无符号 符串(其 分，值为 整数 素值的偶数
整数 整数 值为OB、 0000Hl 字节
OW、sQ)
2字节 2字节 2字节 2字节 4字节 值长度部分记
录的字节数
表2 带vR域。且VR值不是0B、OW或SQ的数据元素结构
标签( r 长度 值域
日g) vR (Val
uelength) (Value Field)
组号 元素号 包含两个字 描述数据元素
16位无 16位无 符的字符串 16位无符号整数 值的偶数字节
符号整数 符号整数
2字节 2字节 2字节 2字节 值长度部分记
录的字节数
(3)隐藏VR 的数据元素结构(Data Element
Structure with Implicit VR)
所谓隐藏VR的数据元素就是整个数据集中的所
有数据元素不带有VR域，其结构见表3。
表3 隐藏VR的数据元素结构
标签( r 长度 值域
日g) (V
alueI~sth) (Value Field)
组号 元素号 32位无 描述数据元素
16位无符号整数 16位无符号整数 符号整数 值的偶数字节
2字节 2字节 4字节 值长度部分记
录的字节数
(4)文件头信息结构(FileMetaInformation)
文件头信息标识文件为DICOM文件，除前边128
字节的文件前言和4字节的“DICM”前缀外，其余部分
为单个的数据元素，我们根据标准总结结构见表4。
3 图像存储与访问算法
根据前述确立的文件存储结构，我们定义了相应
的c++类的体系，并实现了基于该数据描述模型上
的访问算法。
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