DICOM图像中的覆盖层.doc

DICOM图像中的覆盖的提取方法研究Research on the Analyze and Display for the Overlay in DICOM Image（浙江商业职业技术学院）彭波 赵春明摘要：针对国内外对DICOM国际标准中覆盖（Overlay）部分的提取显示缺乏详细的案例与软件应用的情况，本文基于DICOM国际标准，着重分析了DICOM标准中覆盖层的编码及存储规则，并且用C+和Java分别实现了提取并且控制覆盖层显示的具体方法。关键字：医疗图像; DICOM; 覆盖层中图分类号：TP317 文献标识码：AAbstract： For home and aboard, there is lack of detailed case and software of the overlay in DICOM. Based on the DICOM international standard, this paper analyzes the encoding and storage rules of the overlays in DICOM standard, and gives the realization process of analyze and display for the overlay in DICOM image in C+ and Java language.Key words：Medical Image；DICOM；Overlay；为全面解决医学图像的获取、显示、存贮、传送和管理，PACS(Picture Archiving Communication Systems,医学影像存档与通信系统)应运而生，并得到迅速发展。而DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine，医学数字成像和通信标准)是PACS系统中应用的主要标准，系统中医学图像的传输和存储都是遵循DICOM标准的。在DICOM标准中详细定义了影像及其相关信息的组成格式、传输交换和存储方法。利用这个标准，人们可以接收影像设备中输出的数字化影像数据，同时各医院之间的PACS也可以利用DICOM标准来共享数字化影像数据。然而，国内外针对DICOM标准中覆盖（以下用Overlay描述）部分的提取显示缺乏详细的案例与软件应用。本文基于DICOM国际标准，着重分析了DICOM标准中Overlay的编码及存储规则，并且用C+和Java分别实现了提取并且控制覆盖层显示的具体方法，给出了具体的实现流程。1DICOM中Overlay简介1.1 DICOM中Overlay的用途及表示DICOM 图像中的Overlay用于表示在图像中人工添加或者由机器自动产生的标记图形。用于指定感兴趣区(Region of Interest，以下简称ROI)，参考符号和注释,通常可以是位图格式，图形，或者文本，例如：用于描述设备和病人设置规则的线条。Overlay实例如图1所示（其中斜线为Overlay）： 图1 Overlay实例（其中斜线为覆盖层）1.2Overlay 的构成单个DICOM图像与检查序列均可以拥有覆盖，覆盖由一个或者多个覆盖层构成。一个检查序列或图像中可以有一个或者多个覆盖层面。其基本关系描述如下：（1）对于多帧图像而言，每一个覆盖层也可以有一帧或者多帧。（2）Overlay可以嵌入存储在图像像素数据之中，也可以独立存储在标签Overlay Data (60xx,3000)。对于检查系列而言，Overlay必须独立存储。Overlay最多可以拥有16个不同的覆盖层面，它们的标签由60xx的值决定，其中xx为不大于64的偶数。不同的覆盖层面拥有相同的标签值。（3）根据Overlay的作用，其可分为图像和ROI，该属性由Overlay Type(60xx,0040)决定。2Overlay存储编码规则2.1嵌入图像像素数据一般情况下，DICOM图像的像素数据(Image Pixel Data(7FE0,0010)存储在两个字节中，而像素数据的深度不超过12位。当图像的像素采样值(Samples per Pixel(0028,0002)且Overlay的像素深度只有1位时，Overlay的数据可以存储于像素数据相同的字节中。覆盖像素的具体位置与存储像素的具体位置一致。我们可以根据标签Overlay Bit Position (60xx,0112)和标签Overlay Bits Allocated (60xx,0100) 判断在DICOM图像像素中是否存在嵌入的Overlay标签。Overlay Bit Position用于表示嵌入的Overlay数据在字的哪个位置，Overlay Bits Allocated (60xx,0100)用于表示为每个Overlay像素分配的bit数。如果存在嵌入的Overlay像素，则Overlay Bit Position (60xx,0112)不可能为0，并且Overlay Bits Allocated (60xx,0100)的值和Bits Allocated(0028,0100)一致。嵌入的Overlay格式其编码规则如图3所示：011121512Pixel Sample 11PixelBits Allocated =16Bits Stored =12High Bit =11OverlayBits allocated =16Bit position =12图3 嵌入的Overlay格式2.2 独立存储的Overlay如果图像不适合嵌入Overlay像素，或者Overlay与一个检查序列相关时，Overlay也可以作为独立的数据存储在Overlay Data(60xx,3000)中。Overlay Bit Position (60xx,0112)值为0，且Overlay Bits Allocated(60xx, 0100) 为1，此时，Overlay将独立于图像像素数据存储。在Overlay Data(60xx,3000)中存储的数据为比特流，每一个比特表示一个像素。Bits Allocated =1Bits Position =0由于Overlay独立存储，则需要一种方法来具体的定位每一个Overlay像素相对于图像的位置。标签Overlay Origin(60xx,0050)表示了Overlay相对于图像的起始位置。该标签中存储的字串表示Overlay开始时在原始图像的行与列的位置。需要注意的是，图像的行列初始值为1。例如，Overlay Origin(60xx,0050)的值为5/5，表示Overlay Data的第一个比特值表示在图像第五行第五列处的Overlay像素。有了初始值后，就可以根据Overlay Rows(60xx,0010)和Overlay Columns(60xx,0011)计算出所有的Overlay Data相对于图像的位置。独立存储的Overlay格式其编码规则如图4所示。1215811473013141516910111256781234Bits Allocated =1Bits Position =0Overlay Bits图4 独立的Overlay格式2.3 多帧Overlay当一个DICOM图像文件具有多帧图像时，文件中所包含的Overlay也可以具有多帧。标签Number of Frames in Overlay(60xx,0015)指明在图像中是否存在多帧Overlay以及Overlay的帧数。多帧Overlay的数据同样按照比特流的方式保存在Overlay Data(60xx,3000)中，但在其中不存在帧与帧的分割符号，因此，每帧Overlay所对应的图像帧也需要计算。每一帧Overlay所占数据可按上述独立存储的Overlay计算。Overlay帧与图像帧之间的关系由tag Image Frame Origin(60xx,0015)给出。如果该值为空，则第一张Overlay帧从第一张图像帧开始依次关联；如果该值不为空，则关联由该值所制定的帧开始，图像初始帧为1。例如，图像共5帧，Overlay共3帧，Image Frame Origin(60xx,0015)的值为3，则第一张Overlay帧关联第三帧图像帧，依次至图像最后一帧。3Overlay提取及显示方法3.1判断图像中是否存在Overlay及其存储方式根据Overlay存储规则，检查标签Overlay Bit Position (60xx,0112)和Overlay Bits Allocated (60xx,0100)即可判断图像中是否存在Overlay以及Overlay的存储方式。同时，由于图像中可以有一个或者多个Overlay，我们需要从xx为00，即tag (6000,0112)开始检查该tag是否存在，如果tag存在，则对xx增2，继续检查。直至tag不存在为止。其流程如图5所示： 图5 判断Overlay是否存在及存储方式流程图图6 独立存储Overlay的显示流程图3.2嵌入存储Overlay的显示如果Overlay嵌入存储在图像像素中，仅需要测试Overlay的存储位即可判断该位置Overlay的像素值(Overlay仅1bit深度)。取出tag Bit Position的值，将常数0x0001左移该值，即可获得测试掩码。3.3独立存储Overlay的显示要获取独立存储的Overlay的值，首先需要了解该DICOM文件使用的传输语法以及tag Overlay Data(60xx,3000)采用的值描述 (value representation，VR)。如果传输语法为低位优先(Little Endian)而VR为 其他字字符串(other word, OW)时，则交换Overlay Data中数值的高8位和低8位。接下来，需要确定每个Overlay像素点与原始图像像素点的位置关系。根据在独立存储的Overlay 中的描述，可以确定其计算方法。具体流程如图6所示：四、Overlay显示及关闭显示结果如下： 图7 独立存储的Overlay显示及关闭 图8 嵌入存储的Overlay(右上方和右下方的文字)参考文献：1Digital imaging and communications in medicine (DICOM) 2003.American College radiology &National Electrical Manufactures Associatio