什么是DICOM？医学影像的文件格式
DICOM是存储和交换医学影像的国际标准。如果您拿到了存有CT、MRI或X线影像的光盘，或者收到了这类影像的下载链接，其中的文件很可能就是DICOM文件。
FDG-PET-CT-Lesions (Gatidis, Kuestner), TCIA, CC BY 4.0
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放射学和心脏病学领域几乎所有的影像设备都使用DICOM。影像从扫描设备传到医院的存档系统、传到其他医疗机构，或刻录到患者的光盘上时，用的也是这种格式。本页介绍DICOM文件的内部结构，以及如何安全地打开、转换和分享这些文件。
关于DICOM标准
DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine（医学数字成像和通信）的缩写。它规定了医学影像的文件格式和网络协议，使不同厂商的设备和软件能够协同工作。
DICOM由美国放射学会（American College of Radiology，ACR）和美国国家电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）创建。如今它由DICOM标准委员会（DICOM Standards Committee）负责制定，NEMA担任秘书处。DICOM同时也是国际标准ISO 12052。
该标准约有20个部分，编号为PS3.1至PS3.22，每年更新数次。现行版本可在dicomstandard.org免费阅读。
DICOM的历史
1983年，ACR和NEMA成立了联合委员会，原因是当时扫描设备生成的图像离开厂商自己的设备就很难读取。
- 1985年：ACR-NEMA 300，用于通过专用的16位并行接口进行点对点传输。
- 1988年：ACR-NEMA 2.0，第二版。
- 1993年：DICOM 3.0，启用新名称，并支持计算机网络（TCP/IP）。
- 1995年：支持用CD交换检查，并增加了超声、X线血管造影和核医学的对象。
自1993年以来没有发布新的主版本，新功能通过增补（Supplement）陆续加入，例如模态工作列表（modality worklist，1996年）、结构化报告（2000年）、乳腺断层合成（2008年）、全切片成像（whole slide imaging，2010年）和DICOMweb（2013年）。
DICOM文件的内部结构
一个DICOM文件既包含图像，也包含有关患者、检查和设备的信息。其结构由PS3.10规定：
- 前导区：128字节，通常全为零。
- 前缀：四个字母
DICM，用来标识这是DICOM文件。 - 文件元信息（File Meta Information）：组号为
0002，其中包括传输语法UID（Transfer Syntax UID）(0002,0010)，它说明文件其余部分是如何编码的。 - 数据集：一系列数据元素。
- 像素数据（Pixel Data）
(7FE0,0010)：图像本身，通常是最后一个、也是最大的元素。
0x0000前导区128字节，通常全为零0x0080DICM前缀字母DICM表明这是DICOM文件(gggg,eeee)数据集有关患者、检查、序列和图像的数据元素一个数据元素
PatientName- 标签
(0010,0010)10 00 10 00- 值表示（VR）
PN50 4E- 长度
808 00- 值
DOE^JANE44 4F 45 5E 4A 41 4E 45
(7FE0,0010)像素数据图像本身，未压缩或已压缩
每个数据元素都有一个标签（tag，即十六进制的组号和元素号，例如(0010,0010)）、一个值表示（value representation，简称VR，是由两个字母表示的数据类型，如表示姓名的PN或表示日期的DA）、一个长度和一个值。组号为奇数的标签是私有标签，通常由厂商定义。
| 标签 | 名称 |
|---|---|
(0010,0010) | Patient's Name（患者姓名） |
(0010,0020) | Patient ID（患者编号） |
(0010,0030) | Patient's Birth Date（患者出生日期） |
(0008,0020) | Study Date（检查日期） |
(0008,0060) | Modality（模态） |
(0008,1030) | Study Description（检查描述） |
(0008,103E) | Series Description（序列描述） |
(0020,000D)、(0020,000E)、(0008,0018) | Study、Series和SOP Instance UID（检查、序列和SOP实例的UID） |
(0028,0010)、(0028,0011) | Rows和Columns（行数和列数，即图像的像素尺寸） |
(0028,0030) | Pixel Spacing（像素间距，即相邻像素中心之间的毫米数） |
(0018,0050) | Slice Thickness（层厚） |
(7FE0,0010) | Pixel Data（像素数据） |
一次检查是如何组织的
DICOM将图像组织为四个层级：
- 患者（Patient）：接受检查的人。
- 检查（Study）：一次检查，例如某个日期做的胸部CT。
- 序列（Series）：一起采集或重建出来的图像，例如薄层图像或骨算法重建图像。
- 实例（Instance）：一个对象，通常是一幅图像，存为一个文件。
患者
PatientID受检者本人：姓名、编号、出生日期
检查
StudyInstanceUID一次检查，例如某一天做的胸部CT
序列
SeriesInstanceUID一次扫描或一次重建得到的一组图像
实例
SOPInstanceUID一幅图像或一个对象，存为一个文件
每幅图像通常是一个单独的文件，一次检查可以有几个序列，每个序列有数百层图像，因此一次检查可能包含数千个文件。
每个检查、序列和实例都有一个唯一标识符（UID）：由圆点分隔的数字，长度不超过64个字符，例如2.25.329800735698586629295641978511506172918。UID的设计目标是在全球范围内唯一，软件依靠UID而不是文件名来为图像分组和排序。
每个对象都属于某个SOP类（SOP Class），SOP类决定了对象的类型，例如CT Image Storage（CT图像存储，1.2.840.10008.5.1.4.1.1.2）。多帧对象（multi-frame）可以在一个文件中保存许多帧，例如一段超声视频。DICOM还可以存储其他类型的对象：结构化报告（SR）、封装的PDF文档、呈现状态（presentation state）、分割（SEG）和放射治疗计划。
压缩与传输语法
传输语法（transfer syntax）规定了字节顺序、文件中是否写入VR，以及像素数据是否压缩。如果查看器不支持某种传输语法，就可能无法打开本来有效的文件。
| 传输语法 | UID | 压缩方式 |
|---|---|---|
| Implicit VR Little Endian（默认） | 1.2.840.10008.1.2 | 无 |
| Explicit VR Little Endian | 1.2.840.10008.1.2.1 | 无 |
| Deflated Explicit VR Little Endian | 1.2.840.10008.1.2.1.99 | 无损，压缩整个数据集 |
| JPEG Baseline | 1.2.840.10008.1.2.4.50 | 有损 |
| JPEG Lossless | 1.2.840.10008.1.2.4.70 | 无损 |
| JPEG-LS | 1.2.840.10008.1.2.4.80、1.2.840.10008.1.2.4.81 | 无损或近无损 |
| JPEG 2000 | 1.2.840.10008.1.2.4.90、1.2.840.10008.1.2.4.91 | 无损或有损 |
| HTJ2K（2023年新增） | 1.2.840.10008.1.2.4.201至1.2.840.10008.1.2.4.203 | 无损或有损 |
| RLE Lossless | 1.2.840.10008.1.2.5 | 无损 |
| MPEG-2、H.264、H.265 | 1.2.840.10008.1.2.4.100等 | 有损视频 |
无损压缩精确保留每一个像素，通常能使文件缩小到原来的二分之一至三分之一。有损压缩可使文件缩小到原来的十分之一甚至更小，但会永久丢失细节。有损压缩常用于超声和视频，而CT、MRI和X线图像通常以未压缩或无损压缩的方式保存，因为丢失的细节可能影响诊断。如果Lossy Image Compression (0028,2110)（有损图像压缩）的值为01，说明该图像经过了有损压缩。
DICOM图像是如何传输的
在医院里，扫描设备把图像发送到PACS（Picture Archiving and Communication System，影像归档与通信系统），由PACS保存图像并分发到放射科医生的工作站。每个DICOM设备或程序都是一个应用实体（Application Entity，AE），具有AE标题、IP地址和端口，端口通常为104或11112。经典的DIMSE服务基于TCP/IP运行：
C-ECHO：检查连接是否正常。C-STORE：发送对象。C-FIND：查找检查、序列或图像。C-MOVE：请求服务器把对象发送到指定目的地。C-GET：通过同一连接获取对象。
借助模态工作列表（modality worklist），扫描设备可以收到已预约患者的清单，因此姓名和编号不必手工输入。DICOMweb（PS3.18）通过HTTP提供类似的服务：QIDO-RS用于查询，WADO-RS用于获取，STOW-RS用于存储。
患者通常会拿到CD、DVD、U盘或下载链接。按DICOM标准制作的光盘带有DICOMDIR索引文件，往往还附带一个查看器。
模态及其代码
模态代码保存在标签(0008,0060)中。
| 代码 | 含义 | 文章 |
|---|---|---|
CT | 计算机断层扫描 | CT检查 |
MR | 磁共振 | 磁共振成像（MRI） |
CR、DX | 计算机X线摄影、数字X线摄影 | X线摄影 |
US | 超声 | 超声检查 |
MG | 乳腺X线摄影 | 乳腺X线摄影 |
PT | 正电子发射断层成像 | PET与PET/CT |
NM | 核医学 | 核医学显像与SPECT |
XA、RF | X线血管造影、X线透视 | 血管造影与透视 |
IO、PX | 口内X线摄影、全景X线摄影 | 口腔X线片与锥形束CT |
BMD | 骨密度测定 | 骨密度检查 |
PET/CT检查同时包含PT和CT序列，口腔锥形束CT（CBCT）通常使用代码CT。其他代码还有OP和OPT（眼部成像）、SM（玻片显微成像）、ES（内镜）、ECG、SR、SEG，以及RTSTRUCT、RTPLAN、RTDOSE（放射治疗）。
如何打开DICOM文件
普通的看图软件打不开DICOM文件，需要使用DICOM查看器，例如：
- Weasis：免费开源，支持Windows、macOS和Linux。
- 3D Slicer：免费开源，具有高级三维工具，支持Windows、macOS和Linux。
- Horos：免费开源，适用于macOS。
- OHIF Viewer：免费开源，可在网页浏览器中运行。
- MicroDicom：非商业用途免费，适用于Windows。
- RadiAnt DICOM Viewer：商业软件，提供免费试用，适用于Windows。
软件的许可条款可能会变化，此列表不构成推荐。
要查看光盘，请先把光盘中的全部内容复制到电脑上，然后在查看器中打开DICOMDIR文件或复制出来的文件夹。光盘上自带的查看器并非必需，而且往往只能在Windows上运行。如果电脑没有光驱，可以向医疗机构索取下载链接。
把DICOM转换为JPEG、PNG或视频
查看器可以把图像导出为JPEG或PNG，把序列导出为视频，但得到的已不再是完整的医学影像：
- 元数据会丢失：患者、检查和设备的数据，以及图像的顺序。
- 灰度级别会减少。CT和MR图像通常每个像素有12至16位（数千级灰度），而常见的JPEG只有8位（256级灰度）。
- 窗宽和窗位被固定。医生无法再针对骨骼、肺或软组织调整显示的数值范围。
- 测量变得不可靠，也无法再进行三维重建。
如需寻求第二诊疗意见，请发送整个检查的原始DICOM文件，而不是截图或视频。
个人信息与去标识化
DICOM文件头通常包含个人信息：患者姓名、编号、出生日期和性别、检查日期，以及医院名称和医生姓名。文字还可能直接烧录在像素里（例如超声图像上），私有标签中也可能保存着能识别身份的数据。
去标识化会删除或替换这些信息。标准在PS3.15附录E（Attribute Confidentiality Profiles，属性保密配置文件）中对此作了说明。在公开分享图像或将其用于教学之前：
- 使用能同时删除私有标签的去标识化工具；
- 检查像素中是否有姓名和日期，并将其裁掉或遮盖；
- 请记住，头部CT或MRI的三维重建图像可能显示出面部；
- 为您的医生保留原始文件。
常见问题
为什么我的检查有这么多文件？
每幅图像通常是一个单独的文件，一次检查可能有数百甚至数千幅图像（参见一次检查是如何组织的）。这是正常现象。
什么是DICOMDIR？
DICOMDIR是光盘上的索引文件，列出了所有患者、检查、序列和图像，以及每个文件所在的位置。在查看器中打开它，即可加载整张光盘。
能在手机上打开DICOM文件吗？
可以，使用DICOM查看器应用或网页查看器即可。用于诊断时，医生使用的是更大、经过校准的显示器。
能把DICOM转换成JPG或PDF吗？
可以，但导出的图像会丢失信息，所以请保留原始文件（参见转换DICOM）。
DICOM可以免费使用吗？
标准本身可以免费阅读，许多免费的开源程序也支持它。NEMA不对产品进行认证，由厂商自行发布DICOM一致性声明（DICOM Conformance Statements）。
DICOM文件必须带.dcm扩展名吗？
不必。光盘上的文件常常使用IM000001这样的短名称，没有扩展名。程序是通过DICM前缀而不是文件名来识别DICOM文件的。
