Fo-dicom开源库是如何满足DICOM标准的基本要求

DICOM基本概念

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是数字医学图像和通信的国际标准，用于描述、传输、存储、检索、打印和显示医学图像以及相关的文本和数据信息。DICOM标准最初由美国国家电气制造商协会（NEMA）和医疗设备制造商协会（MITA）共同开发，现在已经成为全球医学图像处理和管理的标准。

DICOM标准定义了医学图像和数据在不同设备和系统之间的无缝交互性，这意味着可以在不同厂商的设备上进行图像传输和共享，同时确保图像和相关信息的完整性和准确性。#dicom#标准支持各种模态的医学图像，包括CT、MRI、X射线、超声、核医学等。

DICOM标准包括文件格式、数据元素、服务类、网络协议等多个方面，可以通过各种编程语言和软件库进行实现和应用。常见的DICOM软件库包括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标准在发布后经过不断更新和修订，以适应医学图像和通信技术的发展，并增加新的功能和改进现有功能。因此，DICOM的版本可能随着时间的推移而变化。

fo-dicom是如何满足 DICOM标准的基本要求

fo-dicom 是一个符合 DICOM 标准的 C# 实现库。它满足 DICOM 标准的基本要求，包括以下方面：

• 支持 DICOM 数据格式：fo-dicom 支持读取、解析和生成 DICOM 数据格式，可以轻松地处理各种类型的 DICOM 文件和数据流。
• 实现 DICOM 网络通信：fo-dicom 实现了 DICOM 网络通信协议，支持与远程 DICOM 设备进行通信，如查询、检索、存储和发送等操作。
• 解析 DICOM 元数据：fo-dicom 可以解析 DICOM 数据集中的元数据信息，包括标识符、序列、属性值、VR（值表示）和长度等。
• 处理 DICOM 图像数据：fo-dicom 可以处理 DICOM 图像数据，包括加载、显示和处理像素数据数组，支持多种颜色空间和位深度。
• 支持 DICOM 安全：fo-dicom 支持 DICOM 安全机制，包括 TLS 加密和认证等功能，确保通信的安全性和可靠性。

在真正开发之前，我们先理解几个fo-dicom构建的基本概念

1、DicomElement（DICOM元素）：

在 fo-dicom 中，DicomElement（DICOM 元素）是用于表示 DICOM 数据集中的单个元素的类。每个 DICOM 元素由一个标签（Tag）、一个值（Value）和其他属性组成。

标签（Tag）：DICOM 标签是一个由两个 16 位数字组成的唯一标识符，用于标识 DICOM 数据集中的每个元素。标签以 “XXXX,XXXX” 的格式表示，其中 “XXXX” 是一个 16 位的十六进制数。标签可以表示数据的各种属性，例如像素值、图像位置、患者信息等。

例如，Tag.SOPClassUID 是一个表示 SOP 类的标签。它的值是 0008,0016，表示每个 DICOM 数据集都必须包含该标签，用于指定数据集中的 SOP 类别。

值（Value）：DicomElement 类中的 Value 属性存储了 DICOM 元素的值。这个值可以是一个单一的值，也可以是一个多值的序列。对于多值序列，可以使用 DicomSequence 类来表示序列中的每个元素。

例如，对于某个 DICOM 元素的值是字符串类型，可以通过 DicomElement.GetString() 方法获取字符串值。

VR（Value Representation，值的表示方式）：VR 属性表示 DICOM 元素值的数据类型。

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 属性表示 DICOM 元素值的允许数量。

例如，DicomVR.PN 的 VM 属性为 1，表示人名（Person Name）的值只允许有一个。

Length（值的长度）：Length 属性表示 DICOM 元素值的字节长度。

例如：假设有一个 DICOM 数据集中的元素为患者姓名，标签为 0010,0010，值为 “John Doe”。在 fo-dicom 中，可以通过以下方式创建和访问该元素：

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

通过 DicomElement，我们可以方便地访问和操作 DICOM 数据集中的每个元素的标签、值和其他属性。

2、DicomDataset（DICOM数据集）：

在 fo-dicom 中，DicomDataset（DICOM 数据集）是用于表示一个完整的 DICOM 数据集的类。DICOM 数据集由多个 DICOM 元素（DicomElement）组成，每个元素都有一个唯一的标签（Tag）和对应的值（Value）。DicomDataset 提供了对 DICOM 数据集进行处理、读取和写入的功能。

DicomDataset 类具有以下特点和功能：

• 存储 DICOM 元素：DicomDataset 可以容纳多个 DICOM 元素。通过添加、删除和修改元素，可以对 DICOM 数据集进行操作。
• 获取和设置元素：可以通过标签获取和设置 DICOM 数据集中的元素。可以使用 DicomTag 或字符串表示的标签来访问元素。
• 保存和加载 DICOM 数据：DicomDataset 支持将 DICOM 数据保存到文件中或从文件加载 DICOM 数据。可以使用 DicomFile 类来进行文件的读取和写入。

例如：假设有一个包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 数据集。我们可以使用 DicomDataset 类来创建和访问这些元素：

DicomDataset dataset = new DicomDataset();

// 添加元素
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientName, "John Doe"));
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientID, "12345"));

// 获取元素值
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");

// 删除元素
dataset.Remove(DicomTag.PatientID);

通过使用 DicomDataset，我们可以方便地创建、访问和操作 DICOM 数据集中的元素。这样的功能使得在 fo-dicom 中进行 DICOM 数据处理变得更加简单和高效。

3、DicomFile（DICOM文件）：

在 fo-dicom 中，DicomFile（DICOM 文件）是用于表示一个 DICOM 文件的类。DICOM 文件通常以 .dcm 或 .dicom 的扩展名保存，其中包含一个完整的 DICOM 数据集。DicomFile 类提供了读取和写入 DICOM 文件的功能。

DicomFile 类具有以下特点和功能：

• 存储 DICOM 数据集：DicomFile 可以容纳一个完整的 DICOM 数据集，包括多个 DICOM 元素。
• 读取 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 类从磁盘中读取 DICOM 文件，并将其转换为 DicomDataset 对象。读取文件时，可以选择指定编码（Encoding）和字节顺序（ByteOrder）。
• 写入 DICOM 文件：可以使用 DicomFile 类将 DicomDataset 对象写入到磁盘中，生成一个新的 DICOM 文件。写入文件时，可以选择指定编码（Encoding）和字节顺序（ByteOrder）。

例如：假设有一个包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 数据集，我们可以使用 DicomFile 类来将其保存到磁盘中：

DicomDataset dataset = new DicomDataset();
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientName, "John Doe"));
dataset.Add(new DicomElement(DicomTag.PatientID, "12345"));

// 将数据集写入到磁盘中
string filePath = "C:\\temp\\mydicomfile.dcm";
DicomFile file = new DicomFile(dataset, filePath);
file.Save();

同时，我们也可以从磁盘中读取 DICOM 文件，并将其转换为 DicomDataset 对象：

// 从磁盘中读取 DICOM 文件
DicomFile file = DicomFile.Open(filePath);

// 将文件内容转换为数据集
DicomDataset dataset = file.Dataset;

// 获取元素值
string patientName = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientName);
string patientID = dataset.GetSingleValue<string>(DicomTag.PatientID);

通过使用 DicomFile，我们可以方便地进行 DICOM 文件的读取和写入，并将文件内容转换为 DicomDataset 对象。这样的功能使得在 fo-dicom 中进行 DICOM 数据处理变得更加简单和高效。

4、DicomTag（DICOM标签）：

在 fo-dicom 中，DicomTag（DICOM 标签）是用于表示 DICOM 数据集中的元素标识符的类。每个 DICOM 元素都有一个唯一的标签，该标签指定了元素的类型、值、长度和位置等信息。

DicomTag 类具有以下特点和功能：

• 表示 DICOM 元素标识符：DicomTag 类用于表示 DICOM 数据集中元素的标识符，包括元素的组号和元素号。
• 获取标签属性：可以使用 DicomTag 类获取标签的属性，如组号、元素号、VR 等。
• 访问 DICOM 元素：可以使用 DicomTag 类来访问 DICOM 数据集中具有特定标签的元素。

例如：假设有一个包含患者姓名和患者 ID 的 DICOM 数据集。我们可以使用 DicomTag 类来创建和访问这些元素：

// 创建标签
DicomTag patientNameTag = new DicomTag(0x0010, 0x0010);
DicomTag patientIDTag = new DicomTag(0x0010, 0x0020);

// 获取标签属性
int groupNumber = patientNameTag.Group;
int elementNumber = patientNameTag.Element;
string vr = patientNameTag.VR.Code;

// 访问 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);

通过使用 DicomTag，我们可以方便地创建、访问和操作 DICOM 数据集中的元素标识符。这样的功能使得在 fo-dicom 中进行 DICOM 数据处理变得更加简单和高效。

特别需要注意的是：每个新版本的 DICOM 标准发布时，都可能会有新的 DICOM 标签的增加或旧标签的删除。DICOM 标准不断发展和演变，以适应医疗领域的需求和技术进步。DICOM 标准由国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）共同制定和管理，经过广泛的行业参与和专家审查。每个新版本的 DICOM 标准都会根据医疗实践的需求和技术的发展进行更新和扩展。新版本的 DICOM 标准通常会引入新的标签，以支持新的图像、测量、功能等。这些新标签可以用于描述新的医疗设备、新的图像处理算法或新的数据需求。

同时，旧版本的 DICOM 标签也可能会被删除或废弃。一些标签在新版本中可能不再使用，因为它们已经过时或不再符合当前的医疗实践。这样的修改可以确保 DICOM 标准的准确性、一致性和适应性。

因此，了解和跟踪最新的 DICOM 标准版本对于正确解释和处理 DICOM 数据集非常重要。开发人员和用户需要及时了解最新版本的 DICOM 标准，并确保使用的库或工具能够支持该版本以获取最佳的兼容性和功能。

5、DicomServiceClass（DICOM服务类）：

在 fo-dicom 中，DicomService（DICOM 服务）是一个抽象类，用于表示与 DICOM 网络通信相关的服务。它提供了一组方法和属性，用于建立 DICOM 连接、执行 DICOM 操作以及处理 DICOM 数据。

DicomService 包括以下基本概念：

• 连接：DicomService 提供了建立和管理 DICOM 连接的功能。它可以作为一个服务端监听传入的连接请求，也可以作为一个客户端发起连接到远程服务器。
• 操作：DicomService 定义了执行各种 DICOM 操作的方法。这些操作包括查询、检索、存储、发送等。使用这些方法，可以向远程 DICOM 设备发送请求，并接收和处理响应。
• 事件：DicomService 提供了一组事件，用于捕获和处理与 DICOM 通信相关的事件。例如，可以通过处理 OnConnectionClosed 事件来处理连接关闭的情况，或者通过处理 OnCStoreRequest 事件来处理存储请求。

例如：以 DicomServer 类为例，它是 fo-dicom 中用于实现 DICOM 服务端的具体类。以下是一个示例代码：

// 创建 DICOM 服务端实例
DicomServer server = new DicomServer();

// 设置服务端的参数和配置
server.AETitle = "MY_AE_TITLE";
server.Port = 11112;

// 处理连接建立的事件
server.OnConnectionRequest += (sender, e) =>
{
    Console.WriteLine("收到连接请求：" + e.Association.CallingAETitle);

    // 接受连接请求
    e.AcceptAssociation();
};

// 处理存储请求的事件
server.OnCStoreRequest += (sender, e) =>
{
    Console.WriteLine("收到存储请求：" + e.File.Dataset.GetSingleValueOrDefault<string>(DicomTag.PatientName, ""));
    
    // 存储请求处理逻辑...
    
    // 发送存储响应
    e.SendResponse(DicomStatus.Success);
};

// 启动服务端并开始监听连接
server.Start();

Console.WriteLine("DICOM 服务端已启动，监听端口：" + server.Port);

// 等待用户按下任意键停止服务端
Console.ReadKey();

// 停止服务端
server.Stop();

Console.WriteLine("DICOM 服务端已停止。");

在上述示例中，我们创建了一个 DicomServer 实例，并设置了服务端的参数，如 AE 标题和监听端口。然后，我们通过订阅 OnConnectionRequest 事件来处理传入的连接请求，当收到连接请求时，打印相应的消息并接受该连接。同时，我们还订阅了 OnCStoreRequest 事件来处理存储请求，在收到存储请求时，打印患者姓名并发送存储响应。最后，我们启动服务端并开始监听连接。

通过使用 DicomService 的具体实现，如 DicomServer，我们可以方便地实现自定义的 DICOM 服务端或客户端，并处理与 DICOM 通信相关的各种操作和事件。这使得在 fo-dicom 中进行 DICOM 网络通信变得更加灵活和可定制。

这一块是DICOM通信部分非常重要的内容。后续我会重点分析这个部分的内容，期待分享。

6、DicomImage（DICOM图像）：

在 fo-dicom 中，DicomImage（DICOM 图像）是一个用于表示 DICOM 图像数据的类。它提供了一组方法和属性，用于加载、显示和处理 DICOM 图像。

DicomImage 包括以下基本概念：

• 数据集：DicomImage 是基于一个 DICOM 数据集构建的。该数据集通常包含有关图像的元数据信息，如像素数据大小、采样率、颜色空间等。使用 DicomFile 或 DicomDataset 类可以从 DICOM 文件或数据流中读取数据集。
• 像素数据：DicomImage 还包含一个或多个像素数据数组，这些数组存储了图像的像素值。使用 GetPixelData 方法可以获取像素数据数组。根据图像的颜色空间和位深度，可以使用不同的像素数据类型来表示像素值。
• 显示：DicomImage 提供了一组方法和属性，用于在图像视图中显示图像。可以使用 WPF 或 WinForms 控件来实现具体的图像显示。

例如：以 DicomImage 类为例，以下是一个示例代码：

// 从 DICOM 文件中加载图像数据集
DicomFile dicomFile = DicomFile.Open("image.dcm");
DicomImage dicomImage = new DicomImage(dicomFile.Dataset);

// 获取图像的像素数据数组
ushort[] pixelData = dicomImage.GetPixelData<ushort>();

// 显示图像
WpfImageViewer imageViewer = new WpfImageViewer();
imageViewer.Image = dicomImage.RenderImage();
imageViewer.Show();

在上述示例中，我们首先使用 DicomFile 类从 DICOM 文件中读取图像数据集，然后创建一个 DicomImage 实例，并将数据集作为参数传递。接下来，我们使用 GetPixelData 方法获取像素数据数组，并将其存储到 pixelData 变量中。最后，我们使用 WpfImageViewer 控件显示图像。

通过使用 DicomImage 类，我们可以轻松地加载、显示和处理 DICOM 图像数据。这使得在 fo-dicom 中进行 DICOM 图像处理变得更加方便和高效。

总结

上面介绍的这些基本概念，只是众多内容中的一小部分，仅仅因为这些概念在使用fo-dicom期间经常被引用，理解它们的含义和使用方法对于成功处理DICOM数据非常重要。