DICOM基本概念

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是數字醫學圖像和通信的國際標準，用于描述、傳輸、存儲、檢索、打印和顯示醫學圖像以及相關的文本和數據信息。DICOM標準最初由美國國家電氣制造商協會（NEMA）和醫療設備制造商協會（MITA）共同開發，現在已經成為全球醫學圖像處理和管理的標準。

DICOM標準定義了醫學圖像和數據在不同設備和系統之間的無縫交互性，這意味著可以在不同廠商的設備上進行圖像傳輸和共享，同時確保圖像和相關信息的完整性和準確性。#dicom#標準支持各種模態的醫學圖像，包括CT、MRI、X射線、超聲、核醫學等。

DICOM標準包括文件格式、數據元素、服務類、網絡協議等多個方面，可以通過各種編程語言和軟件庫進行實現和應用。常見的DICOM軟件庫包括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標準在發布后經過不斷更新和修訂，以適應醫學圖像和通信技術的發展，并增加新的功能和改進現有功能。因此，DICOM的版本可能隨著時間的推移而變化。

fo-dicom是如何滿足 DICOM標準的基本要求

fo-dicom 是一個符合 DICOM 標準的 C# 實現庫。它滿足 DICOM 標準的基本要求，包括以下方面：

• 支持 DICOM 數據格式：fo-dicom 支持讀取、解析和生成 DICOM 數據格式，可以輕松地處理各種類型的 DICOM 文件和數據流。
• 實現 DICOM 網絡通信：fo-dicom 實現了 DICOM 網絡通信協議，支持與遠程 DICOM 設備進行通信，如查詢、檢索、存儲和發送等操作。
• 解析 DICOM 元數據：fo-dicom 可以解析 DICOM 數據集中的元數據信息，包括標識符、序列、屬性值、VR（值表示）和長度等。
• 處理 DICOM 圖像數據：fo-dicom 可以處理 DICOM 圖像數據，包括加載、顯示和處理像素數據數組，支持多種顏色空間和位深度。
• 支持 DICOM 安全：fo-dicom 支持 DICOM 安全機制，包括 TLS 加密和認證等功能，確保通信的安全性和可靠性。

在真正開發之前，我們先理解幾個fo-dicom構建的基本概念

1、DicomElement（DICOM元素）：

在 fo-dicom 中，DicomElement（DICOM 元素）是用于表示 DICOM 數據集中的單個元素的類。每個 DICOM 元素由一個標簽（Tag）、一個值（Value）和其他屬性組成。

標簽（Tag）：DICOM 標簽是一個由兩個 16 位數字組成的唯一標識符，用于標識 DICOM 數據集中的每個元素。標簽以 “XXXX,XXXX” 的格式表示，其中 “XXXX” 是一個 16 位的十六進制數。標簽可以表示數據的各種屬性，例如像素值、圖像位置、患者信息等。

例如，Tag.SOPClassUID 是一個表示 SOP 類的標簽。它的值是 0008,0016，表示每個 DICOM 數據集都必須包含該標簽，用于指定數據集中的 SOP 類別。

值（Value）：DicomElement 類中的 Value 屬性存儲了 DICOM 元素的值。這個值可以是一個單一的值，也可以是一個多值的序列。對于多值序列，可以使用 DicomSequence 類來表示序列中的每個元素。

例如，對于某個 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 元素值的數據類型。

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。

Length（值的長度）：Length 屬性表示 DICOM 元素值的字節長度。

例如：假設有一個 DICOM 數據集中的元素為患者姓名，標簽為 0010,0010，值為 “John Doe”。在 fo-dicom 中，可以通過以下方式創建和訪問該元素：

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 數據集中的每個元素的標簽、值和其他屬性。

2、DicomDataset（DICOM數據集）：

在 fo-dicom 中，DicomDataset（DICOM 數據集）是用于表示一個完整的 DICOM 數據集的類。DICOM 數據集由多個 DICOM 元素（DicomElement）組成，每個元素都有一個唯一的標簽（Tag）和對應的值（Value）。DicomDataset 提供了對 DICOM 數據集進行處理、讀取和寫入的功能。

DicomDataset 類具有以下特點和功能：

• 存儲 DICOM 元素：DicomDataset 可以容納多個 DICOM 元素。通過添加、刪除和修改元素，可以對 DICOM 數據集進行操作。
• 獲取和設置元素：可以通過標簽獲取和設置 DICOM 數據集中的元素。可以使用 DicomTag 或字符串表示的標簽來訪問元素。
• 保存和加載 DICOM 數據：DicomDataset 支持將 DICOM 數據保存到文件中或從文件加載 DICOM 數據。可以使用 DicomFile 類來進行文件的讀取和寫入。

例如：假設有一個包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數據集。我們可以使用 DicomDataset 類來創建和訪問這些元素：

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，我們可以方便地創建、訪問和操作 DICOM 數據集中的元素。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進行 DICOM 數據處理變得更加簡單和高效。

3、DicomFile（DICOM文件）：

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

DicomFile 類具有以下特點和功能：

• 存儲 DICOM 數據集：DicomFile 可以容納一個完整的 DICOM 數據集，包括多個 DICOM 元素。
• 讀取 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 類從磁盤中讀取 DICOM 文件，并將其轉換為 DicomDataset 對象。讀取文件時，可以選擇指定編碼（Encoding）和字節順序（ByteOrder）。
• 寫入 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 類將 DicomDataset 對象寫入到磁盤中，生成一個新的 DICOM 文件。寫入文件時，可以選擇指定編碼（Encoding）和字節順序（ByteOrder）。

例如：假設有一個包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數據集，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"));

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

同時，我們也可以從磁盤中讀取 DICOM 文件，并將其轉換為 DicomDataset 對象：

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

// 將文件內容轉換為數據集
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，我們可以方便地進行 DICOM 文件的讀取和寫入，并將文件內容轉換為 DicomDataset 對象。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進行 DICOM 數據處理變得更加簡單和高效。

4、DicomTag（DICOM標簽）：

在 fo-dicom 中，DicomTag（DICOM 標簽）是用于表示 DICOM 數據集中的元素標識符的類。每個 DICOM 元素都有一個唯一的標簽，該標簽指定了元素的類型、值、長度和位置等信息。

DicomTag 類具有以下特點和功能：

• 表示 DICOM 元素標識符：DicomTag 類用于表示 DICOM 數據集中元素的標識符，包括元素的組號和元素號。
• 獲取標簽屬性：可以使用 DicomTag 類獲取標簽的屬性，如組號、元素號、VR 等。
• 訪問 DICOM 元素：可以使用 DicomTag 類來訪問 DICOM 數據集中具有特定標簽的元素。

例如：假設有一個包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 數據集。我們可以使用 DicomTag 類來創建和訪問這些元素：

// 創建標簽
DicomTag patientNameTag = new DicomTag(0x0010, 0x0010);
DicomTag patientIDTag = new DicomTag(0x0010, 0x0020);

// 獲取標簽屬性
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，我們可以方便地創建、訪問和操作 DICOM 數據集中的元素標識符。這樣的功能使得在 fo-dicom 中進行 DICOM 數據處理變得更加簡單和高效。

特別需要注意的是：每個新版本的 DICOM 標準發布時，都可能會有新的 DICOM 標簽的增加或舊標簽的刪除。DICOM 標準不斷發展和演變，以適應醫療領域的需求和技術進步。DICOM 標準由國際電工委員會（IEC）和國際標準化組織（ISO）共同制定和管理，經過廣泛的行業參與和專家審查。每個新版本的 DICOM 標準都會根據醫療實踐的需求和技術的發展進行更新和擴展。新版本的 DICOM 標準通常會引入新的標簽，以支持新的圖像、測量、功能等。這些新標簽可以用于描述新的醫療設備、新的圖像處理算法或新的數據需求。

同時，舊版本的 DICOM 標簽也可能會被刪除或廢棄。一些標簽在新版本中可能不再使用，因為它們已經過時或不再符合當前的醫療實踐。這樣的修改可以確保 DICOM 標準的準確性、一致性和適應性。

因此，了解和跟蹤最新的 DICOM 標準版本對于正確解釋和處理 DICOM 數據集非常重要。開發人員和用戶需要及時了解最新版本的 DICOM 標準，并確保使用的庫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服務類）：

在 fo-dicom 中，DicomService（DICOM 服務）是一個抽象類，用于表示與 DICOM 網絡通信相關的服務。它提供了一組方法和屬性，用于建立 DICOM 連接、執行 DICOM 操作以及處理 DICOM 數據。

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。它可以作為一個服務端監聽傳入的連接請求，也可以作為一個客戶端發起連接到遠程服務器。
• 操作：DicomService 定義了執行各種 DICOM 操作的方法。這些操作包括查詢、檢索、存儲、發送等。使用這些方法，可以向遠程 DICOM 設備發送請求，并接收和處理響應。
• 事件：DicomService 提供了一組事件，用于捕獲和處理與 DICOM 通信相關的事件。例如，可以通過處理 OnConnectionClosed 事件來處理連接關閉的情況，或者通過處理 OnCStoreRequest 事件來處理存儲請求。

例如：以 DicomServer 類為例，它是 fo-dicom 中用于實現 DICOM 服務端的具體類。以下是一個示例代碼：

// 創建 DICOM 服務端實例
DicomServer server = new DicomServer();

// 設置服務端的參數和配置
server.AETitle = "MY_AE_TITLE";
server.Port = 11112;

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

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

// 處理存儲請求的事件
server.OnCStoreRequest += (sender, e) =>
{
    Console.WriteLine("收到存儲請求：" + e.File.Dataset.GetSingleValueOrDefault<string>(DicomTag.PatientName, ""));
    
    // 存儲請求處理邏輯...
    
    // 發送存儲響應
    e.SendResponse(DicomStatus.Success);
};

// 啟動服務端并開始監聽連接
server.Start();

Console.WriteLine("DICOM 服務端已啟動，監聽端口：" + server.Port);

// 等待用戶按下任意鍵停止服務端
Console.ReadKey();

// 停止服務端
server.Stop();

Console.WriteLine("DICOM 服務端已停止。");

在上述示例中，我們創建了一個 DicomServer 實例，并設置了服務端的參數，如 AE 標題和監聽端口。然后，我們通過訂閱 OnConnectionRequest 事件來處理傳入的連接請求，當收到連接請求時，打印相應的消息并接受該連接。同時，我們還訂閱了 OnCStoreRequest 事件來處理存儲請求，在收到存儲請求時，打印患者姓名并發送存儲響應。最后，我們啟動服務端并開始監聽連接。

通過使用 DicomService 的具體實現，如 DicomServer，我們可以方便地實現自定義的 DICOM 服務端或客戶端，并處理與 DICOM 通信相關的各種操作和事件。這使得在 fo-dicom 中進行 DICOM 網絡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容。后續我會重點分析這個部分的內容，期待分享。

6、DicomImage（DICOM圖像）：

在 fo-dicom 中，DicomImage（DICOM 圖像）是一個用于表示 DICOM 圖像數據的類。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：

• 數據集：DicomImage 是基于一個 DICOM 數據集構建的。該數據集通常包含有關圖像的元數據信息，如像素數據大小、采樣率、顏色空間等。使用 DicomFile 或 DicomDataset 類可以從 DICOM 文件或數據流中讀取數據集。
• 像素數據：DicomImage 還包含一個或多個像素數據數組，這些數組存儲了圖像的像素值。使用 GetPixelData 方法可以獲取像素數據數組。根據圖像的顏色空間和位深度，可以使用不同的像素數據類型來表示像素值。
• 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 控件來實現具體的圖像顯示。

例如：以 DicomImage 類為例，以下是一個示例代碼：

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

// 獲取圖像的像素數據數組
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 文件中讀取圖像數據集，然后創建一個 DicomImage 實例，并將數據集作為參數傳遞。接下來，我們使用 GetPixelData 方法獲取像素數據數組，并將其存儲到 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 圖像數據。這使得在 fo-dicom 中進行 DICOM 圖像處理變得更加方便和高效。

總結

上面介紹的這些基本概念，只是眾多內容中的一小部分，僅僅因為這些概念在使用fo-dicom期間經常被引用，理解它們的含義和使用方法對于成功處理DICOM數據非常重要。