DICOM医学图像处理：DICOM存储操作之 “多幅JPG图像数据存入DCM文件”

背景：

        续上篇，继续介绍如何将多幅JPG图像数据存入DCM文件。即将有损压缩数据直接写入DCM文件，存储为Multi-frame形式。

多幅JPG图像数据存入DCM文件：

        为了避免引起歧义，这里着重说明一下。本博文的描述的场景是：假设我们手中有多张JPG文件，想把JPG文件写入DCM文件，即单个DCM文件包含多幅图像信息的Multi-Frame形式。该问题之前与CSDN博友y317215133y也讨论过，当时我在OFFIS论坛中找到了一个帖子直接给了y317215133y答复。今天重新梳理了一下发现，当时帖子中的情况与我今天要描述的问题略有不同：帖子中作者已经拥有多张图像的原始数据（从作者的描述来看，该数据是非压缩的），希望将该系列数据以压缩形式写入DCM文件中。想必作者执行该操作的目的是减少存储空间，而本博文中我拥有的是JPEG压缩的数据，也就是说我不是为了减少存储空间，而单纯的就是希望将多幅JPEG格式的图像存成Multi-frame DCM格式，便于归档管理。

        帖子中OFFIS DICOM Team人员给出的答复是：1）创建DcmFileFormat对象，利用getDataset()获得其中的数据体指针；2）利用putAndInsertXXX向1）中的Dataset写入非压缩的原始图像数据，即上一篇博文DICOM医学图像处理：DICOM存储操作之“多幅BMP图像数据存入DCM文件”所采用的方法；3）注册JPEG编码参数，例如DJ_PRLossless、DJ_RPLossy等，然后调用chooseRepresentation函数。该部分操作就是对DCM文件进行JPEG有损或无损压缩，具体过程可参照dcmcjpeg.cc中的代码；4）调用saveFile函数将编码后的数据写入Multi-fram DCM文件。

        以上四步操作并未使用DcmPixelSequence类，帖子作者以及博友y317215133y在这种场景下却希望使用DcmPixelSequence学习一下SQ字段的写入操作，其实是选择场景错误才导致错误使用DcmPixelSequence类。帖子最后作者也给出了提示，如下图：

        上述正是本文要做的事情，希望通过该实例来讲解DcmPixelSequence类的使用，并进一步学习JPEG压缩的Multi-frame DCM文件。

代码实例：

        参照OFFIS论坛中的代码http://forum.dcmtk.org/viewtopic.php?t=1544&highlight=creating+multiframe+dicom+images，直接给出源码：

// DcmPixelDataTest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#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图像解析----*/
#include "dcmtk/dcmdata/libi2d/i2dbmps.h"
#include "DicomUtils.h"
/*----JPEG图像解析----*/
#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,添加一个空的Dicom Pixel Item充当Offset Fragment------!*/
	//seq->insert(new DcmPixelItem(DcmTag(DCM_Item,EVR_OB)));
	/*-------zssure:end,可顺利解决多幅JPEG存入DCM的问题-------------------------*/
	//循环添加4张图片
	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类是DICOM文件操作静态类，具体见后续工程源码。

       上述代码可以顺利生成Multi-frame DCM文件，从文件大小来看结果也应该正常。但是打开时却提示“内存无法读取错误”，如下图：

        但是比较奇怪的是，利用dcmdump.exe工具和Sante DICOM Editor的预览窗口（Enable Icons）却可以看到正常的结果。如下图所示：

错误分析：

DICOM标准中的JPEG压缩

        DICOM3.0标准第5部分附录A中给出了协议中常见的JPEG压缩格式，如下图：

        常见的JPEG图像采用的就是1.2.840.10008.1.2.4.50，本博文中给出的四副测试图像就是这种格式。至于JPEG具体的压缩和编码流程可参考wiki百科http://zh.wikipedia.org/zh-cn/JPEG。

        标准中指出，如果DICOM文件时Multi-frame类型，每幅图像（frame）需要分别压缩（encoded seperately）。压缩数据在写入DICOM中的DcmPixelData字段时可能会被分片（fragment），切记：每个片段（fragment）中的数据一定来自同一文件（即frame），而每幅图像（frame）不一定存储在同一个片段（fragment），因此frame与fragment之间的对应关系是“一对多”。

DcmPixelData字段（7FE0,0010）：

        DICOM3.0标准第5部分第8章指出，如果数据以压缩形式存储，那么PixelData的VR只能采用OB（原始数据存储通常采用OW，如果数据存储位数小于等于8也可以采用OB形式，正如我的上一篇博文。压缩数据会被分割为包含自身长度的多个片段（fragments），最终以截止符（FFFE,E0DD）结束。如下图所示：

        一幅图像（frame）可以包含在一个片段（fragment）中，也可以被分割为多个片段。使用时可通过比较【字段NumberOfFrames（0028,0008）】与【字段PixelData的Item个数-1】来判别，

NumberOfFrames==ItemsOfPixelData-1，表明每幅图像都包含在一个片段里（fragment）；

NumberOfFrames<ItemsOfPixelData-1，表明有图像被分为多个片段存储；

解决方案：

        注意，上面需要对PixelData字段的Items数【减去1】，如表A.4-1、A.4-2所示，无论如何PixelData字段中都会包含一个Offset item。——这正是我们上述代码错误的原因，为了证明这一点，让我们在插入各幅图像之前添加一个空的DcmPixelItem，即在for循环之前添加如下两行代码：

	/*!------zssure:begin,添加一个空的Dicom Pixel Item充当Offset Fragment------!*/
	seq->insert(new DcmPixelItem(DcmTag(DCM_Item,EVR_OB)));
	/*-------zssure:end,可顺利解决多幅JPEG存入DCM的问题-------------------------*/

        此刻用DICOM浏览器可以顺利打开我们生成的MultiJPEG2DCMtest.dcm，如下图所示：

        利用二进制查看器可以看到，PixelData字段多了一个SQ Item，即充当Offset的空的DcmPixelItem，如下图所示：

        另外从最终文件大小可以看出，这种方式并未减少存储空间。

备注：

        DICOM3.0标准中给出了DCM数据的压缩方法和存储方式，至于压缩数据（有损压缩，例如本例中采用的1.2.840.10008.1.2.4.50）在临床是否有应用价值不属于协议考虑范围。

PS：今天偶然回了趟学校，发现原来一年一度的考研提前了，看到大家在寒冷的天气里在考场外辛苦的候考，真心祝愿大家能够考入自己理想中的学校，↖(^ω^)↗。

后续博文介绍：

fo-dicom搭建简单的DICOM Server服务端

作者：[email protected]

时间：2014-12-27