基于Delphi的DICOM圖像顯示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

朱啟標，陳素華，黑亞莉

南昌大學 電子信息工程系，江西南昌 330031

基于Delphi的DICOM圖像顯示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

朱啟標，陳素華，黑亞莉

南昌大學 電子信息工程系，江西南昌 330031

DICOM標準已成為醫(yī)學圖像通用標準，DICOM文件結構復雜，常見的圖像處理軟件無法顯示DICOM圖像。在對現(xiàn)有的DICOM圖像顯示技術進行系統(tǒng)研究的基礎上，利用Delphi快速開發(fā)的特點，設計并開發(fā)了DICOM圖像顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠正確顯示DICOM圖像及其文件信息，并具有多幅圖像對比顯示、圖像反色顯示、亮度和對比度調節(jié)等圖像處理功能。該系統(tǒng)不僅解決了醫(yī)學圖像在Windows系統(tǒng)平臺的顯示問題，還可將醫(yī)學圖像的主要文本信息提取并顯示出來，便于醫(yī)學圖像的后續(xù)研究。

DICOM；醫(yī)學圖像；圖像顯示系統(tǒng)；圖像處理；Delphi

目前，大多數(shù)醫(yī)學圖像都遵循醫(yī)學數(shù)字影像通訊標準（DICOM）[1]，但現(xiàn)有的大多數(shù)圖像處理軟件都不能直接讀取和顯示DICOM 格式的醫(yī)學圖像[2]。而DICOM文件結構復雜，多數(shù)研究人員采用Visual C++編程開發(fā)[3-5]，且研發(fā)需要投入大量的時間和精力。本文利用Delphi快速開發(fā)的特點，設計開發(fā)了DICOM圖像顯示軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了DICOM圖像及其文件信息的顯示，便于醫(yī)學圖像的后續(xù)處理。

1 DICOM文件結構

DICOM文件可分為文件頭和數(shù)據集2部分。其結構圖，見圖1。

圖1 DICOM文件結構

文件頭是可選的，其中，前同步碼長128字節(jié)（B），沒有結構，不能作為數(shù)據元素編碼，它的存在是為了提供與一些通用的計算機文件格式的兼容性（BMP文件頭為128B）。當一個文件被切割成多個部分時，文件頭可以存放隨機訪問圖像所需要的信息。當文件頭沒有被使用時，它應該設為全零。前綴長4B，為大寫字符“DICM”。每個文件包含一個數(shù)據集，代表一個信息對象的實例。數(shù)據集是數(shù)據元素的有序集合，數(shù)據元素在數(shù)據集中按照數(shù)據元素標識符（Data Element Tag）增序排列。數(shù)據元素由數(shù)據元素標識符唯一標識，在數(shù)據集中最多只能出現(xiàn)一次（嵌套數(shù)據集除外）。

在DICOM文件中數(shù)據元素由4個域組成，見圖2。

圖2 DICOM文件數(shù)據元素構成

DICOM文件提供了一種封裝方式，將DICOM信息對象定義IOD的一個SOP實例以數(shù)據集的形式封裝在一個文件中。數(shù)據集的字節(jié)流位于DICOM文件元信息之后，每個文件包含一個單一的SOP實例。

DICOM文件的讀取可采用面向對象的思想來設計和實現(xiàn)。每個DICOM 文件通常都與一個信息對象IOD（Information Object Definition，IOD）的實例相關聯(lián)。信息對象是對實際對象的抽象，普通信息對象（Normalized IOD）代表一個單一的信息實體，如病人（Patient）、診斷（Study）、打印（Print Job）等；復合信息對象（Composite IOD） 代表一組相關的實際對象的集合，如CT圖像（Computed Tomography Image）、磁共振圖像 （Magnetic Resonance Image，MRI）、核醫(yī)學圖像 （Nuclear Medicine Image，NMI）等。

信息對象由模塊構成，模塊是相關的屬性的集合，屬性是對實際對象某種特性的抽象描述。在文件中屬性以數(shù)據元素的形式出現(xiàn)。相同的屬性可以出現(xiàn)在不同的模塊中，但在文件中只能編碼一次。唯一標識符UID（Unique Identifier）可以用來唯一地標識一個信息對象和其他信息項。

用UltraEdit軟件打開一幅DICOM圖像，用十六進制形式觀察DICOM文件的文件頭結構，見圖3。可以看到前同步碼長128B都設成00H，文件前綴為4個字節(jié)的字符串“DICM”。

圖3 DICOM文件部分數(shù)據

2 系統(tǒng)設計要求與設計流程

在Windows系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)DICOM圖像和相關信息的讀取與顯示，使其能夠顯示位圖圖像，具備常見的圖像處理功能，并能以位圖形式保存。

系統(tǒng)設計流程圖，見圖4。首先要通過頭文件判斷圖像類型，若是DICOM圖像，首先要讀取一些和圖像相關的文本信息，如患者姓名，患者ID，獲取圖像時間，圖像的窗寬窗位等；其次讀取圖像的像素數(shù)據，對像素數(shù)據進行調節(jié)，以便顯示DICOM圖像。對最后顯示的DICOM圖像，可以進行一些圖像處理操作并存儲。

圖4 系統(tǒng)設計流程圖

3 系統(tǒng)開發(fā)

根據設計要求和流程圖，構造一個DICOM類，采用面向對象方法，利用Borland公司的Delphi開發(fā)工具進行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)過程中參考了國內外的相關資料[6-9]。

3.1 圖像讀取與存儲

只要符合位圖的格式要求，圖像的顯示不難實現(xiàn)，但對于DICOM圖像的顯示，需要通過如下步驟進行：

（1） 讀取頭文件。判斷前綴是否為DICOM標志，其主要程序如下：

BlockRead(fp, tx, 4*SizeOf(Char), n); //讀取4B

if (tx[0] ='D') OR (tx[1]='I') OR (tx[2] ='C') OR (tx[3] = 'M')then

編寫程序時，可將文件過濾類型設置為BMP和DICOM格式文件，這樣在單擊“打開”文件時，會過濾掉其他無關文件而只顯示.bmp和.dcm類型的文件。

（2）讀取數(shù)據元素。根據group tag和element tag查找數(shù)據元素標簽。按標簽順序，首先讀取傳輸語法；其次讀取與圖像有關的文本信息，如患者姓名，圖像的寬高，當讀取到像素數(shù)據標簽（7FE0，0010）時即可；最后讀取圖像的像素數(shù)據。

要顯示DICOM圖像，就需讀取DICOM圖像的所有像素數(shù)據。DICOM數(shù)據集中，最后一個數(shù)據元素為像素數(shù)據，該元素中存儲了圖像的像素信息。當找到圖像數(shù)據存儲標簽（7FE0，0010）時，指針往后移8位就是像素的起始位置。讀取像素數(shù)據主要程序如下：

（3）灰度等級轉換。這是針對圖像各像素值進行處理，改變原始圖像中各像素值的大小。BMP圖像中，其存儲像素的藍、綠、紅3個字節(jié)的值相等就構成了黑白圖像，因此，在顯示黑白圖像時，這3個字節(jié)只包含1個字節(jié)的信息量，從而BMP圖像只能包含8位256個灰度等級。而DICOM的12位灰度圖像可以包含4096個灰度等級。將12位的DICOM圖像轉換為BMP圖像，必須進行變換。變換之前，要先讀取DICOM圖像中的窗寬、窗位值。根據窗位確定中間值，低于窗寬的顯示為最暗，高于窗寬的顯示為最亮。窗寬范圍內的值通過線性變換轉換為＜256的值。由于人眼的分辨率有限，256個灰度級基本能滿足人眼的視覺要求。進行灰度等級轉換以后，DICOM圖像就可以顯示了。

像素值轉換關系如下：

上面公式中的圖像數(shù)據值，是計算機操作平臺上顯示值，分別為窗寬和窗位。

（4）圖像存儲。該部分實現(xiàn)的功能是將DICOM圖像轉換成BMP格式的圖像，便于存儲閱讀和后續(xù)研究。

3.2 圖像處理

（1）圖像反色顯示。在計算機上DICOM圖像以位圖形式顯示，因此，為實現(xiàn)圖像反色顯示，需將顯示圖像中的每個像素的像素值取出，再用255減去該像素值，得到的差值作為處理后的圖像中相應像素的像素值。

（2）圖像亮度調節(jié)。亮度是顏色的相對明暗程度，通常使用從0%（黑色）至100%（白色）的百分比來度量。通常有亮度增強和亮度降低調節(jié)。將原始圖像的每個像素值增大，就可以增強圖像亮度；將原始圖像的每個像素值減小，就可以降低圖像亮度。在本系統(tǒng)中，每次點擊“亮度增強”，則像素值增加10個單位；點擊“亮度降低”，則減去10個單位。

（3） 圖像對比度調節(jié)。在實踐中用的較多的是圖像銳化，即對比度增強處理，目的在于使圖像的邊緣、輪廓線以及圖像的細節(jié)變的更加清晰。方法是將原始圖像像素的像素值與邊緣上相鄰像素的像素值之差除以2并和原像素值相加，再將該值作為處理后的圖像像素的像素值。

系統(tǒng)經過調試，編譯運行后，用計算機斷層掃描（CT）、核磁共振成像（MRI）等不同模態(tài)的DICOM圖像進行測試，均可正確顯示。可以打開單幅和多幅DICOM圖像，并將DICOM圖像的一些主要信息顯示在子窗口上。當打開多幅DICOM圖像時，多幅圖像可以平鋪排列或疊加排列，這樣還可以同時觀察對比多幅圖像。打開單幅圖像，見圖5。

圖5 DICOM圖像顯示

4 結束語

本文在研究DICOM圖像顯示技術的基礎上，利用Delphi開發(fā)工具設計并實現(xiàn)了DICOM圖像顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠正確顯示DICOM圖像及其文件信息，并具有多幅圖像對比顯示、圖像反色顯示、亮度和對比度調節(jié)等圖像處理功能，具有一定的實用價值。目前，該系統(tǒng)已經用于教學科研，不僅解決了醫(yī)學圖像在Windows系統(tǒng)平臺的顯示問題，還可將醫(yī)學圖像的主要文本信息提取并顯示出來，便于醫(yī)學圖像的后續(xù)研究。

[1] National Electrical Manufacturer Association.Digital Imaging and Communication in Medicine(DICOM)[S].1999:66-69.

[2] 寇海洲,陳宏明,章慧,等.DICOM圖像處理技術研究[J].徐州醫(yī)學院學報,2008,28(7):487-490.

[3] 李清美.DICOM格式醫(yī)學圖像的讀取與顯示[J].泰山醫(yī)學院學報,2010,31(8):609-612.

[4] 高升,葛云.DICOM格式醫(yī)學圖像及其圖像信息的顯示[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2010,27(3):1885-1888.

[5] 彭波,趙春明.DICOM圖像中覆蓋的提取及顯示方法研究[J].微計算機信息,2011,27(5):10-11.

[6] 蔣先剛.基于Delphi的數(shù)字圖像處理工程軟件設計[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

[7] 方勇,劉向峰,羅玉文.基于DICOM3.0標準構建放射治療數(shù)字系統(tǒng)[J].中國醫(yī)療設備,2011,26(7):51-52.

[8] Wolfgang Krug,Chris Rorden.ezDICOM DICOM viewer.[CP/OL].(2008-09-01)[2012-02-20].http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/ezdicom/index.html.

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Design and Implementation of DICOM Image Display System Based on Delphi

ZHU Qi-biao, CHEN Su-hua,HEI Ya-li
Department of Electronic Information Engineering, Nanchang University,Nanchang Jiangxi 330031, China

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.007

1674-1633(2012)07-0033-03

“DICM”

2012-02-20

南昌大學科學基金資助項目（Z04001）。

本文作者：朱啟標，碩士研究生，主要研究方向：圖像處理。

作者郵箱：zhuqibiao2011@163.com

Abstract: The DICOM standard has become the international standard for the medical image. General image processing software can not display DICOM image since the structure of DICOM fi les is complex.By studying the typical DICOM image display technique systematically, the DICOM image display system was designed and developed by making use of rapid development of Delphi. This system can display the DICOM image with its fi le information correctly, and it has many functions of image processing, such as contrast display of multi-image, image reversal display, brightness and contrast adjustment.

Key words: DICOM; medical image; image display system; image processing; Delphi