DICOM醫學影像處理：DICOM儲存操作之 “多幅JPG映像資料存入DCM檔案”

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背景：

        續上篇，繼續介紹如何將多幅JPG映像資料存入DCM檔案。即將有損壓縮資料直接寫入DCM檔案，儲存為Multi-frame形式。

多幅JPG映像資料存入DCM檔案：

        為了避免引起歧義，這裡著重說明一下。本博文的描述的情境是：假設我們手中有多張JPG檔案，想把JPG檔案寫入DCM檔案，即單個DCM檔案包含多幅映像資訊的Multi-Frame形式。該問題之前與CSDN博友y317215133y也討論過，當時我在OFFIS論壇中找到了一個文章直接給了y317215133y回覆。今天重新梳理了一下發現，當時文章中的情況與我今天要描述的問題略有不同：文章中作者已經擁有多張映像的未經處理資料（從作者的描述來看，該資料是非壓縮的），希望將該系列資料以壓縮形式寫入DCM檔案中。想必作者執行該操作的目的是減少儲存空間，而本博文中我擁有的是JPEG壓縮的資料，也就是說我不是為了減少儲存空間，而單純的就是希望將多幅JPEG格式的映像存成Multi-frame DCM格式，便于歸檔管理。

        文章中OFFIS DICOM Team人員給出的回覆是：1）建立DcmFileFormat對象，利用getDataset()獲得其中的資料體指標；2）利用putAndInsertXXX向1）中的Dataset寫入非壓縮的原始映像資料，即上一篇博文DICOM醫學影像處理：DICOM儲存操作之“多幅BMP映像資料存入DCM檔案”所採用的方法；3）註冊JPEG編碼參數，例如DJ_PRLossless、DJ_RPLossy等，然後調用chooseRepresentation函數。該部分操作就是對DCM檔案進行JPEG有損或無損壓縮，具體過程可參照dcmcjpeg.cc中的代碼；4）調用saveFile函數將編碼後的資料寫入Multi-fram DCM檔案。

        以上四步操作並未使用DcmPixelSequence類，文章作者以及博友y317215133y在這種情境下卻希望使用DcmPixelSequence學習一下SQ欄位的寫入操作，其實是選擇情境錯誤才導致錯誤使用DcmPixelSequence類。文章最後作者也給出了提示，如：

        上述正是本文要做的事情，希望通過該執行個體來講解DcmPixelSequence類的使用，並進一步學習JPEG壓縮的Multi-frame DCM檔案。

代碼執行個體：

        參照OFFIS論壇中的代碼http://forum.dcmtk.org/viewtopic.php?t=1544&highlight=creating+multiframe+dicom+images，直接給出源碼：

// DcmPixelDataTest.cpp : 定義控制台應用程式的進入點。//#include "stdafx.h"#include "dcmtk/config/osconfig.h"#include "dcmtk/dcmdata/dctk.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcistrmf.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcpixel.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcpixseq.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcpxitem.h"/*----BMP映像解析----*/#include "dcmtk/dcmdata/libi2d/i2dbmps.h"#include "DicomUtils.h"/*----JPEG映像解析----*/#include "dcmtk/dcmdata/libi2d/i2djpgs.h"#include "dcmtk/dcmdata/libi2d/i2doutpl.h"#include "dcmtk/dcmdata/dcerror.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 curDir[255];getcwd(curDir,255);DcmPixelSequence *seq=new DcmPixelSequence(DcmTag(DCM_PixelData,EVR_OB));/*!------zssure:begin,添加一個空的Dicom Pixel Item充當Offset Fragment------!*///seq->insert(new DcmPixelItem(DcmTag(DCM_Item,EVR_OB)));/*-------zssure:end,可順利解決多幅JPEG存入DCM的問題-------------------------*///迴圈添加4張圖片for(int i=0;i<4;++i){OFString num;char numtmp[255];memset(numtmp,0,sizeof(char)*255);sprintf(numtmp,"%s\\jpeg-test\\%d.jpg",curDir,i+1);OFString filename=OFString(numtmp);I2DJpegSource* bmpSource=new I2DJpegSource();bmpSource->setImageFile(filename);char* pixData=NULL;bmpSource->readPixelData(rows,cols,samplePerPixel,photoMetrInt,bitsAlloc,bitsStored,highBit,pixelRpr,planConf,pixAspectH,pixAspectV,pixData,length,ts);DcmPixelItem *newItem=new DcmPixelItem(DcmTag(DCM_Item,EVR_OB));if(newItem!=NULL){seq->insert(newItem);OFCondition result=newItem->putUint8Array((Uint8*)pixData,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->putAndInsertOFStringArray(DCM_PhotometricInterpretation,photoMetrInt);mydatasete->insert(seq,OFFalse,OFFalse);status=fileformat.saveFile("c:\\MultiJpeg2Multi-frameDCMtest-error.dcm",ts);if(status.bad()){std::cout<<"Error:("<<status.text()<<")\n";}return 0;}

PS：DicomUtils類是DICOM檔案操作靜態類，具體見後續工程源碼。

       上述代碼可以順利產生Multi-frame DCM檔案，從檔案大小來看結果也應該正常。但是開啟時卻提示“記憶體無法讀取錯誤”，如：

        但是比較奇怪的是，利用dcmdump.exe工具和Sante DICOM Editor的預覽視窗（Enable Icons）卻可以看到正常的結果。如所示：

錯誤分析：DICOM標準中的JPEG壓縮

        DICOM3.0標準第5部分附錄A中給出了協議中常見的JPEG壓縮格式，如：

        常見的JPEG映像採用的就是1.2.840.10008.1.2.4.50，本博文中給出的四副測試映像就是這種格式。至於JPEG具體的壓縮和編碼流程可參考wiki百科http://zh.wikipedia.org/zh-cn/JPEG。

        標準中指出，如果DICOM檔案時Multi-frame類型，每幅映像（frame）需要分別壓縮（encoded seperately）。壓縮資料在寫入DICOM中的DcmPixelData欄位時可能會被分區（fragment），切記：每個片段（fragment）中的資料一定來自同一檔案（即frame），而每幅映像（frame）不一定儲存在同一個片段（fragment），因此frame與fragment之間的對應關係是“一對多”。

DcmPixelData欄位（7FE0,0010）：

        DICOM3.0標準第5部分第8章指出，如果資料以壓縮形式儲存，那麼PixelData的VR只能採用OB（未經處理資料儲存通常採用OW，如果資料存放區位元小於等於8也可以採用OB形式，正如我的上一篇博文。壓縮資料會被分割為包含自身長度的多個片段（fragments），最終以截止符（FFFE,E0DD）結束。如所示：

        一幅映像（frame）可以包含在一個片段（fragment）中，也可以被分割為多個片段。使用時可通過比較【欄位NumberOfFrames（0028,0008）】與【欄位PixelData的Item個數-1】來判別，

NumberOfFrames==ItemsOfPixelData-1，表明每幅映像都包含在一個片段裡（fragment）；

NumberOfFrames<ItemsOfPixelData-1，表明有映像被分為多個片段儲存；

解決方案：

        注意，上面需要對PixelData欄位的Items數【減去1】，如表A.4-1、A.4-2所示，無論如何PixelData欄位中都會包含一個Offset item。——這正是我們上述代碼錯誤的原因，為了證明這一點，讓我們在插入各幅映像之前添加一個空的DcmPixelItem，即在for迴圈之前添加如下兩行代碼：

/*!------zssure:begin,添加一個空的Dicom Pixel Item充當Offset Fragment------!*/seq->insert(new DcmPixelItem(DcmTag(DCM_Item,EVR_OB)));/*-------zssure:end,可順利解決多幅JPEG存入DCM的問題-------------------------*/

        此刻用DICOM瀏覽器可以順利開啟我們產生的MultiJPEG2DCMtest.dcm，如所示：

        利用二進位查看器可以看到，PixelData欄位多了一個SQ Item，即充當Offset的空的DcmPixelItem，如所示：

        另外從最終檔案大小可以看出，這種方式並未減少儲存空間。

備忘：

        DICOM3.0標準中給出了DCM資料的壓縮方法和儲存方式，至於壓縮資料（有損壓縮，例如本例中採用的1.2.840.10008.1.2.4.50）在臨床是否有應用價值不屬於協議考慮範圍。

PS：今天偶然回了趟學校，發現原來一年一度的考研提前了，看到大家在寒冷的天氣裡在考場外辛苦的候考，真心祝願大家能夠考入自己理想中的學校，(^ω^)。

後續博文介紹：

fo-dicom搭建簡單的DICOM Server服務端

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時間：2014-12-27

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