解析医疗影像中的dicom文件

一、DICOM文件概述

我们先了解一下DICOM文件是什么，干嘛用的，以及DICOM内部有哪些信息，然后再谈如何去解析这些信息并转换成java对象。

医学影像学概览 医学影像学

这一学科致力于利用X射线、电磁场、超声波等多种介质与人体相互作用原理，将人体内部结构和密度以图像形式生动展现出来。这些可视化的信息为诊断医师提供了关键的决策依据，进而对个体健康状况进行专业评估。医学影像学的研究内容广泛，既包括构建及优化医学成像系统的硬件技术，也涵盖医学图像处理的软件算法。

DICOM标准解读 DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）

作为国际公认的医学数字成像与通信标准（ISO 12052），在放射医学、心血管造影及多种放射诊疗设备（如X光、CT、PET、超声、MRI等）领域中广泛应用，并逐步渗透到眼科、牙科等其他医疗分支。DICOM格式文件是存储患者受保护健康信息（PHI）的重要载体，涵盖了姓名、性别、年龄等个人数据，以及图像采集设备信息、医疗背景资料等重要参数。目前采用的标准版本为DICOM3.0，每一张图像都蕴含丰富信息，主要分为四个类别：患者信息、检查研究信息、序列信息和图像信息，每一个信息单元通过独特的双字节十六进制标签（Group, Element）标识，如(0010,0010)即代表患者的姓名。
为了方便开发人员高效地处理DICOM数据，业界涌现了一批优秀的第三方库，如基于C++的DCMTK、基于Java的dcm4che以及Python语言环境下的pydicom。它们为开发者屏蔽了底层解析复杂性，极大地提高了项目开发效率。
当前，CT、MRI、超声等先进成像技术通过精准聚焦的射线束、探测器围绕人体特定区域进行连续断层扫描，从而生成多层面图像，经由三维重建技术可叠加成三维图像，而每一层面图像及其相关头部信息均可储存在DICOM文件中。DICOM文件的结构严谨，通常由文件头和数据集合两部分构成，其中文件头包含了识别文件属性的关键信息，且每个DICOM文件必备一个文件头。

深入剖析DICOM内部信息（DICOM Tag与VR）

DICOM数据集构成了DICOM文件的核心部分，其由一系列按特定顺序排列的DICOM数据元素组成。每个数据元素最小单位称为数据元，根据TAG值从小至大排序。数据元由四部分构成：

• TAG编号： 由4个字节表示，包含2字节组号和2字节元素号，例如"0010 0040"对应患者性别信息，不同组号分别指示设备通讯信息、特性参数、患者信息和图像信息参数等内容。

• 值表示（VR, Value Representation）： 两个字节定义了该数据元的数据类型，如LO（长字符串）、IS（整型字符串）、DA（日期）等共27种不同类型。

• 值长度（Value Length）： 记录该数据项的具体长度。

• 值域（Value）： 实际存储的数据值。

数据元素按照信息类别可分为四大类：患者、检查研究、序列和图像 ，形成一种患者可进行多次检查，每次检查涉及多个部位系列，每个部位系列关联一张或多张影像图像的层级结构。

1.常见的TAG

(1) Patient Tag（患者）

(2) Study Tag（患者）

(3) Series Tag（序列）

(4) Image Tag（图像）

2.VR数据类型

VR是DICOM标准中用来描述数据类型的，总共有27个值。

27种数据类型

上面TAG数据均可通过dcm查看工具查看，也能修改：

二、java解析DICOM的TAG

导入dcm4che3到maven中

   <dependency>
            <groupId>org.dcm4che</groupId>
            <artifactId>dcm4che-core</artifactId>
            <version>3.3.8</version>
        </dependency>

然后上代码：

package com.wanputech.film.util;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.wanputech.film.domain.dto.DicomInfo;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.dcm4che3.data.Attributes;
import org.dcm4che3.data.Tag;
import org.dcm4che3.data.VR;
import org.dcm4che3.io.DicomInputStream;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.ZonedDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Date;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

/**
 *
 * 解析获取dcm文件信息
 *
 * @author dengjiajin
 * @since 2024/1/10
 */
public class RadiologyParserUtil {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String dcmPath = "D:\\radiology1\\11151\\1609000006C7_0001_0001.dcm";
        DicomInfo dicomInfo = getDicomInfo(dcmPath);
        System.out.println(JSON.toJSONString(dicomInfo));
    }

    /**
     * 解析获取dcm文件信息
     * @param dcmPath
     * @return
     */
    public static DicomInfo getDicomInfo(String dcmPath) throws IOException {
        File file = new File(dcmPath);
        DicomInputStream dis = new DicomInputStream(file);
        Attributes attrs = dis.readDataset(-1, -1);
        dis.close();
        String specificCharset = attrs.getString(Tag.SpecificCharacterSet);
        if (specificCharset.equals("ISO_IR 192") || specificCharset.equals("GB18030")) {
            // 设置系统属性以影响dcm4che库内部的字符集转换
            System.setProperty("dcm4che.charset", "GB18030");
        } else if (specificCharset.equals("ISO_IR 58") || specificCharset.equals("GBK")) {
            System.setProperty("dcm4che.charset", "GBK");
        }

        String patientName = attrs.getString(Tag.PatientName);
        String patientID = attrs.getString(Tag.PatientID);
        String modality = attrs.getString(Tag.Modality);
        String studyDate = attrs.getString(Tag.StudyDate);
        String studyTime = attrs.getString(Tag.StudyTime);
        String studyInstanceUid = attrs.getString(Tag.StudyInstanceUID);
        String bodyPartExaminedStr = new String(attrs.getBytes(Tag.BodyPartExamined)
                , Charset.forName(attrs.getString(Tag.SpecificCharacterSet)));

        DicomInfo dicomInfo = new DicomInfo();
        dicomInfo.setPatientName(patientName);
        dicomInfo.setPatientId(patientID);
        dicomInfo.setModality(modality);
        dicomInfo.setStudyDateStr(studyDate);
        dicomInfo.setStudyTimeStr(studyTime);
        studyDateTimeStrConverseToDate(dicomInfo);
        dicomInfo.setBodyPartExamined(bodyPartExaminedStr);
        dicomInfo.setAge(parseAge(attrs.getString(Tag.PatientAge)));
        dicomInfo.setSex(parseSex(attrs.getString(Tag.PatientSex)));
        dicomInfo.setStudyInstanceUid(studyInstanceUid);

        return dicomInfo;

    }

    private static String parseSex(String sex) {
        if ("F".equals(sex)){
            return "1";
        }else {
            return "0";
        }
    }

    private static String parseAge(String n) {
        Integer patientAge = null;
        Pattern pattern = Pattern.compile("(\\d+)Y");
        Matcher matcher = pattern.matcher(n);
        if (matcher.find()) {
            patientAge = Integer.valueOf(matcher.group(1));
        }
        Pattern pattern2 = Pattern.compile("(\\d+)M");
        Matcher matcher2 = pattern2.matcher(n);
        if (matcher2.find()) {
            patientAge = Integer.valueOf(matcher2.group(1));
            patientAge = patientAge / 12;
        }
        Pattern pattern3 = Pattern.compile("(\\d+)D");
        Matcher matcher3 = pattern3.matcher(n);
        if (matcher3.find()) {
            patientAge = Integer.valueOf(matcher3.group(1));
            patientAge = patientAge / 365;
        }
        return patientAge.toString();
    }

    private static void studyDateTimeStrConverseToDate(DicomInfo dicomInfo) {
        String studyDateStr = dicomInfo.getStudyDateStr();
        String studyTimeStr = dicomInfo.getStudyTimeStr();
        if (studyDateStr != null && studyTimeStr != null) 
            String dateTimeStr = studyDateStr + " " + studyTimeStr.substring(0, 6); // 去掉微秒部分
            DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMdd HHmmss");

            LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.parse(dateTimeStr, formatter);

            ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault(); // 或者指定时区 TimeZone.getDefault().toZoneId()
            ZonedDateTime zonedDateTime = localDateTime.atZone(zoneId);
            Date studyTime = Date.from(zonedDateTime.toInstant());
            dicomInfo.setStudyTime(studyTime);
        }
    }

}

解析的代码主要是getDicomInfo这个方法。

这段Java代码主要功能是从DICOM文件中读取相关信息，并将其保存在一个自定义的DicomInfo对象中。

1. 首先，通过File对象创建一个DicomInputStream，然后使用readDataset方法读取DICOM文件中的数据集，并将其保存在Attributes对象中。

2. 根据DICOM文件中的SpecificCharacterSet属性值，设置系统属性dcm4che.charset，以影响dcm4che库内部的字符集转换。

3. 从Attributes对象中获取并保存一些重要的DICOM属性值，如PatientName、PatientID、Modality、StudyDate、StudyTime、StudyInstanceUID和BodyPartExamined等。

4. 创建一个DicomInfo对象，并将之前获取的DICOM属性值设置到该对象中。调用studyDateTimeStrConverseToDate方法对studyDateTimeStr进行日期时间转换，并将结果保存在DicomInfo对象中。

5. 调用parseAge和parseSex方法分别解析PatientAge和PatientSex属性值，并将结果保存在DicomInfo对象中。

最终，这段代码将包含DICOM文件信息的DicomInfo对象返回或进行后续处理。

dcm返回的age格式是40Y，08M，24D，这种格式最后的字母分别代表Y（年），M（月），D（天），这里需要特殊处理。

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