DICOM医学图像处理：DICOM存储操作之“多幅BMP图像数据存入DCM文件”

背景：

        本专栏“DICOM医学图像处理”受众较窄，起初只想作为自己学习积累和工作经验的简单整理。前几天无聊浏览了一下，发现阅读量两极化严重，主要集中在“关于BMP（JPG）与DCM格式转换”和“DICOM 通讯协议”，尤其是许久前的第一篇博文DCMTK开源库的学习笔记1：将DCM文件保存成BMP文件或数据流（即数组）。因此在2014年底前打算写几篇关于DCM格式转换的文章，此次主要聚焦“如何将BMP、JPG等常规图像保存成DCM文件”，以DCMTK库为基础，给出简单的实例。

        这几篇博文采用倒叙的方式，先给出可直接运行的源码，然后重点讲解其中易犯的错误，最后是知识点补充。

利用DCMTK实现Multi-BMP存入DCM：

        源码以DCMTK为基础，思路参照DCMTK的img2dcm工具包，依赖库包含：netapi32.lib; wsock32.lib; ofstd.lib; oflog.lib; dcmimgle.lib; ijg8.lib; ijg12.lib; ijg16.lib; dcmdata.lib; dcmimage.lib; dcmjpeg.lib; dcmnet.lib; zlib.lib;libi2d.lib;（【注】：libi2d.lib库是用于导入BMP文件的）

源码如下：

 

// DcmPixelDataTest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。//#include "stdafx.h"#include "dcmtk/config/osconfig.h"#include "dcmtk/dcmdata/dctk.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcistrmf.h"#include "dcmtk/dcmdata/libi2d/i2dbmps.h"#include "DicomUtils.h"#include <direct.h>int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){OFCondition status;DcmFileFormat fileformat;DcmDataset* mydatasete=fileformat.getDataset();DicomUtils::AddDicomElements((DcmDataset*&)mydatasete);Uint16 rows,cols,samplePerPixel,bitsAlloc,bitsStored,highBit,pixelRpr,planConf,pixAspectH,pixAspectV;OFString photoMetrInt;Uint32 length;E_TransferSyntax ts;char* mydata=new char[1024*1024*10];memset(mydata,0,sizeof(char)*1024*1024*10);char* tmpData=mydata;char curDir[100];getcwd(curDir,100);//循环添加4张图片for(int i=0;i<4;++i){OFString num;char numtmp[100];memset(numtmp,0,sizeof(char)*100);sprintf(numtmp,"%s\\test\\%d.bmp",curDir,i+1);OFString filename=OFString(numtmp);I2DBmpSource* bmpSource=new I2DBmpSource();bmpSource->setImageFile(filename);char* pixData=NULL;bmpSource->readPixelData(rows,cols,samplePerPixel,photoMetrInt,bitsAlloc,bitsStored,highBit,pixelRpr,planConf,pixAspectH,pixAspectV,pixData,length,ts);memcpy(tmpData,pixData,length);tmpData+=length;delete bmpSource;};mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_SamplesPerPixel,samplePerPixel);mydatasete->putAndInsertString(DCM_NumberOfFrames,"4");mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_Rows,rows);mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_Columns,cols);mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_BitsAllocated,bitsAlloc);mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_BitsStored,bitsStored);mydatasete->putAndInsertUint16(DCM_HighBit,highBit);mydatasete->putAndInsertUint8Array(DCM_PixelData,(Uint8*)mydata,4*length);mydatasete->putAndInsertOFStringArray(DCM_PhotometricInterpretation,photoMetrInt);//mydatasete->putAndInsertString(DCM_PlanarConfiguration,"1");status=fileformat.saveFile("c:\\Multibmp2dcmtest.dcm",ts);if(status.bad()){std::cout<<"Error:("<<status.text()<<")\n";}return 0;}

代码中的DicomUtils类是一个方法类，提供了一个静态方法AddDicomElement构造DICOM基本元素，代码如下：

 

#include "DicomUtils.h"DicomUtils::DicomUtils(void){}DicomUtils::~DicomUtils(void){}void DicomUtils::AddDicomElements(DcmDataset*& dataset){//构建测试数据/*添加患者信息*/dataset->putAndInsertUint16(DCM_AccessionNumber,0);dataset->putAndInsertString(DCM_PatientName,"zssure",true);dataset->putAndInsertString(DCM_PatientID,"2234");dataset->putAndInsertString(DCM_PatientBirthDate,"20141221");dataset->putAndInsertString(DCM_PatientSex,"M");/*添加Study信息*/dataset->putAndInsertString(DCM_StudyDate,"20141221");dataset->putAndInsertString(DCM_StudyTime,"195411");char uid[100];dcmGenerateUniqueIdentifier(uid,SITE_STUDY_UID_ROOT);dataset->putAndInsertString(DCM_StudyInstanceUID,uid);dataset->putAndInsertString(DCM_StudyID,"1111");/*添加Series信息*/dataset->putAndInsertString(DCM_SeriesDate,"20141221");dataset->putAndInsertString(DCM_SeriesTime,"195411");memset(uid,0,sizeof(char)*100);dcmGenerateUniqueIdentifier(uid,SITE_SERIES_UID_ROOT);dataset->putAndInsertString(DCM_SeriesInstanceUID,uid);/*添加Image信息*/dataset->putAndInsertString(DCM_ImageType,"ORIGINAL\\PRIMARY\\AXIAL");dataset->putAndInsertString(DCM_ContentDate,"20141221");dataset->putAndInsertString(DCM_ContentTime,"200700");dataset->putAndInsertString(DCM_InstanceNumber,"1");dataset->putAndInsertString(DCM_SamplesPerPixel,"1");dataset->putAndInsertString(DCM_PhotometricInterpretation,"MONOCHROME2");dataset->putAndInsertString(DCM_PixelSpacing,"0.3\\0.3");dataset->putAndInsertString(DCM_BitsAllocated,"16");dataset->putAndInsertString(DCM_BitsStored,"16");dataset->putAndInsertString(DCM_HighBit,"15");dataset->putAndInsertString(DCM_WindowCenter,"600");dataset->putAndInsertString(DCM_WindowWidth,"800");dataset->putAndInsertString(DCM_RescaleIntercept,"0");dataset->putAndInsertString(DCM_RescaleSlope,"1");}

问题分析：

1）文件格式错误：

        我在方法类DicomUtils中默认添加的SamplePerPixel标签值为1，如果最终读取完像素数据（即readPixelData函数调用完）未重新写入BMP相应的SamplePerPixel字段，会引发文件格式错误，在SanteSoft DICOM Editor软件中打开弹出如下错误：

        利用DCMTK自带的dcmdump.exe工具分析结果如下：

        由此可以看出像素数据读取失败。

2）图像信息显示错误：

        上图是正确图像，下图是由于Photometric Interpretation字段写入错误导致的，静态类DicomUtils中默认的Photometric Interpretation值为MONOCHROME2，修改为I2DBmpSource中readPixelData函数返回的photoMetrInt参数后图像数据显示正确，如下图所示：

 

3）图像色彩显示错误：

        在静态类DicomUtils中并未添加Planar Configuration字段，因此DCMTK自动填充该字段为0，如果我们修改为1，会出现图像色彩错误，如下图：

BMP格式：

        关于BMP格式介绍的博文很多，可参考http://blog.csdn.net/zhandoushi1982/article/details/5196017或者http://blog.csdn.net/gwwgle/article/details/4775396。BMP文件数据主要有以下几部分组成：1）文件头，即结构BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER，类似于DCM中的DcmMetaInfo；2）图像描述信息块，该部分记录了图像信息块的大小、图像的宽度、高度、图像通道数（即Plane）、像素位数（即后面DICOM标准中的SamplesPerPixel）、图像压缩方式、图像数据区大小等等；3）颜色表，即调色板。该部分与DICOM标准中的COLOR PALETTE，随着像素位数不同颜色表大小也不同，当像素位数为24或更大，即SamplesPerPixel=3时，像素数据本身就可以代表颜色，因此不需要颜色表；4）图像数据区，即文件中存储的真正的像素信息。【注】：这里有一个坐标转换，标准的BMP文件像素存储顺序是由左到右、由下到上，即坐标原点为图像左下角；而DICOM标准存储顺序为从左到右，从上到下，坐标原点为图像左上角，因此在自己读取时需要进行反转。

获取BMP图像信息方法：

1）直接读取二进制

        了解了BMP文件的具体格式，可以利用常用的二进制操作方式，直接从文件中提取像素数据。这种代码网上也很多，可参考：http://www.jb51.net/article/56274.htm。

2）DCMTK库

        DCMTK库中的I2DBmpSource类是专门用来解析BMP文件的，并且提供了BMP到DICOM数据格式的转换。具体的使用可参照我上面的实例，也可参考DCMTK给出的img2dcm工具包源码。 

3）CxImage第三方库

        CxImage是一款免费的、优秀的图像操作类库，可以快捷的存取、显示、转换各种图像，例如BMP、GIF、ICO、TGA、JPEG、PCX、PNG、TIFF、MNG、RAS等等；CxImage使用简单，文档详细，只有一个API接口文件；支持Windows、Linux和Unix等多平台，支持32位和64位。

        关于CxImage的复杂使用，可参见CodeProject中大神的博文：http://www.codeproject.com/Articles/1300/CxImage。

        另外我在博文DCMTK开源库的学习笔记1：将DCM文件保存成BMP文件或数据流（即数组）中给出的源码是结合了CxImage和DCMTK两种开源库，这也是常见的一种组合方式，具体细节可参考我的GitHub上的源码。

DICOM文件格式：

1）Samples Per Pixel：

        标签为(0028,0002)，具体的介绍在DICOM3.0标准第3部分的附录C7.6.3.1。含义表示【the number of separate planes in this image】，就像PhotoShop中的通道，每个通道表示一种颜色（除了RGB三个通道以外，也会存在第四个通透性通道）。对于灰度图像（monochrome或gray）和颜色表图像（palette，就是BMP格式中介绍的有调色板的BMP文件），该标签值为1，RGB图像或其他色彩模式图像，该标签值为3。本实例中使用的BMP图像是RGB格式的，因此SamplePerPixel=3，起初的文件格式错误就是由于该字段设置为1所致。

2）Photometric Interpretation：

        标签为(0028,0004)，具体介绍在DICOM3.0标准第3部分的附录C7.6.3.1.2。该字段常见的值有MONOCHROME1、MONOCHROME2、PALETTE COLOR、RGB，其中MONOCHROME1和MONOCHROME2表示单通道灰度图像，只是两者对黑色和白色的映射相反而已；PALETTE COLOR就是BMP中提到的调色板图像，此时需要SamplesPerPixel字段为1,；RGB是常见的R（红）、G（绿）、B（蓝）三通道彩色图像，此时SamplesPerPixel字段值为3，这就是我们实例中使用的图像。除此以外DICOM3.0标准中还给出了YBR_FULL、HSV、ARGB、CMYK等方式，此处就不详细介绍了。

3）Planar Configuration：

        标签为(0028,0006)，具体介绍在DICOM3.0标准第3部分附录C7.6.3.1.3。当Samples Per Pixel字段的值大于1时，Planar Configuration字段规定了实际像素信息的存储方式，具体如下：

 

最终结果：

        博文中实例代码最终在C盘根目录生成Multibmp2dcmtest.dcm文件，利用Sante DICOM Editor打开可以顺利看到文件中包含了我们插入的四张bmp图像，如下图：

 

        至此将多幅BMP图像写入DCM文件的任务顺利完成了，其实将多幅图像写入DCM文件与写入单幅BMP图像是完全相同的，只需要将多张BMP图像（此时要求每张BMP图像的宽度和高度相同）像素数据首尾相接的写入DCM中的PixelData标签下，即(7FE0,0010)；此时将NumberofFrames标签赋值为图像张数，DCM文件编辑器就可自动识别提取各张图像。

源码：

百度网盘：http://pan.baidu.com/s/1dDrhHlR

GitHub：https://github.com/zssure-thu/CSDN/tree/master

 

后续博文介绍：

多幅JPEG图像数据存入DCM文件

fo-dicom搭建简单的PACS Server服务端

 

 

作者：[e-mail]

时间：2014-12-24