3D Slicer：从入门到精通——数据模块之DICOM

DICOM

文章目录

DICOM
- 概述
- - DICOM简介
  - Slicer DICOM数据库
  - DICOM插件
- 如何操作
- - 创建DICOM数据库
  - 将DICOM文件读入场景
  - - DICOM导入
    - DICOM加载
  - 从DICOM数据库中删除数据
  - 将数据从场景导出到DICOM数据库
  - 将数据从场景导出到DICOM文件
  - DICOM网络传输
  - - DICOMweb网络传输
  - 查看DICOM元数据
- 面板及其用途
- - 基本用法
- 故障排除
- - 如何知道我拥有的文件是否使用DICOM格式存储？我如何入门？
  - 当我点击“将选择加载到Slicer”时，收到错误消息“无法将...加载为标量体积”
  - 我尝试导入DICOM文件目录，但浏览器中没有显示任何内容
  - 显示了内容，但不是我预期的
  - - 我预期看到不同的图像
    - 图像在一个轴上被拉伸或压缩

概述

该模块允许导入、导出和网络传输DICOM数据。Slicer支持DICOM功能的常用子集，其特定功能由临床研究的需求驱动：从磁盘读取和写入数据集，并通过DIMSE和DICOMweb网络协议进行网络传输——查询、检索、发送和接收数据集。

DICOM简介

医学数字成像和通信（DICOM）是信息交换数字放射学的广泛使用标准。在大多数情况下，医院使用的成像设备（CT和MR扫描仪）将生成保存为DICOM对象的图像。

DICOM按以下层次结构组织数据

患者 … 可以有1个或多个
- 研究（单次成像检查） … 可以有1个或多个
  - 系列（单次图像采集，通常对应于单个图像体积） … 可以有1个或多个
    - 实例（通常，每个系列包含多个实例，每个实例对应图像的单个切片）

成像检查的结果是，成像设备生成DICOM文件，每个文件对应一个实例，并标记有信息以确定系列、研究和患者信息，从而将其放置在层次结构中的正确位置。

标准定义了各种DICOM对象。最常见的对象类型是存储CT和MR扫描仪生成的图像体积的对象。这些对象通常每个系列会有多个文件（实例）。图像处理任务通常涉及分析整个图像体积，通常对应于单个系列。

有关DICOM标准的更多信息：

DICOM主页：https://dicom.nema.org/
维基百科上的DICOM：https://en.wikipedia.org/wiki/DICOM
简洁的DICOM标签浏览器：https://dicom.innolitics.com
一个有用的标签查找网站：http://dicomlookup.com/
超链接版本的标准：https://web.archive.org/web/20180624030937/http://dabsoft.ch/dicom/

Slicer DICOM数据库

为了组织数据并允许更快的访问，Slicer保留了一个本地DICOM数据库，其中包含DICOM文件的副本（或链接），以及每个文件内容的基本信息。您可以在计算机上同时拥有多个数据库，并在它们之间切换，例如，如果它们包含不同研究项目的数据。每个数据库只是本地磁盘上的一个目录，其中有一些SQLite文件和子目录来存储图像数据。请勿手动修改这些目录的内容。DICOM数据可以通过文件导入或通过DICOM网络传输进入数据库。Slicer模块也可以使用计算结果填充DICOM数据库。

请注意，DICOM标准没有指定文件在磁盘上的组织方式，因此如果您从CDROM或其他方式从扫描仪传输DICOM数据，通常无法从文件或目录名称中看出内容。然而，一旦数据导入数据库，它将根据DICOM标准的患者/研究/系列层次结构进行组织。

DICOM插件

DICOM模块的主要功能是将采集数据组织映射到体积表示。即，DICOM文件通常描述图像捕获的属性，如CT采集期间表位置的序列，而Slicer在规则间隔的像素图像体积上操作。例如，如果在采集过程中表运动的速度不一致（这种情况在某些对比剂’螺栓追踪’扫描中可能发生），Slicer’s DICOM模块会警告用户采集几何不一致，用户在解释分析结果（如测量）时应谨慎。

这意味着Slicer通常会建议多种解释数据的方法（例如，将DICOM文件读取为扩散数据集或标量体积）。当通过检查文件可计算时，DICOM模块将默认选择最可能的解释选项。到目前为止，标准插件包括标量体积和扩散体积，而扩展可用于分割对象、RT数据和PET/CT数据。预计未来版本会有更多插件。长期目标是能够在DICOM数据对象中表示Slicer的大部分（如果不是全部）数据，因为标准会进化以支持它们。

如何操作

创建DICOM数据库

创建DICOM数据库是所有DICOM操作的前提。当第一次打开DICOM模块时，Slicer会自动创建一个新数据库。选择创建新数据库或打开先前创建的数据库。

您可以随时在DICOM模块面板/ DICOM数据库设置/ 数据库位置中打开其他位置的数据库。

将DICOM文件读入场景

由于DICOM文件通常位于多个文件夹中，它们可以互相引用，并且通常可以以不同的方式解释，因此将DICOM文件读入场景分为两个独立步骤：导入（索引文件以便在DICOM数据库浏览器中显示它们）和加载（在Slicer场景中显示选定的DICOM项）。

DICOM导入

确保安装了所有必需的Slicer扩展。Slicer核心包含用于导入图像的DICOM导入插件，但其他信息对象可能需要额外的扩展。例如，SlicerRT扩展需要用于导入/导出放射治疗信息对象（RT结构集、剂量、图像、计划）。定量报告扩展需要导入导出DICOM分割对象、结构化报告和参数图。 参见支持的数据格式部分中的完整列表。
转到DICOM模块
选择包含DICOM文件的文件夹
- 选项A：将包含DICOM文件的文件夹拖放到Slicer应用程序窗口。
- 选项B：单击DICOM浏览器左上角的“导入”按钮。选择包含DICOM文件的文件夹。
  - 导入按钮有一个下拉菜单，可以通过单击右侧的小向下箭头按钮显示。当前菜单中的唯一项是“将导入的文件复制到DICOM数据库”选项。启用此选项以将所有导入的DICOM文件从其原始位置复制到Slicer DICOM数据库。这在从可移动媒体（CD/DVD/USB驱动器或远程驱动器）加载数据时很有用，以便在媒体弹出后仍能加载数据集。如果禁用复制选项，则DICOM数据库中只会存储导入文件的路径（以及最常用的DICOM标签的值）。

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将文件夹拖放到Slicer应用程序时，Slicer会显示一个弹出窗口，询问该怎么做——单击确定（“将目录加载到DICOM数据库中”）。导入完成后，转到DICOM模块。

:::

DICOM加载

转到DICOM模块。如果DICOM数据库窗口尚未显示，请单击“显示DICOM数据库”（显示患者、研究和系列列表）。
双击要加载的患者、研究或系列。
单击“显示DICOM数据库”按钮以在数据库浏览器（加载更多数据）和查看器（查看已加载到场景中的内容）之间切换

:::{admonition} 提示

选择的患者/研究/系列可以一次加载，首先选择要加载的项。Shift单击以选择范围，Ctrl单击以选择/取消选择单个项目。如果选择患者或研究列表中的项目，则默认情况下将加载属于该项目的所有系列。单击“加载”按钮加载选定的项目。

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高级数据加载：DICOM数据通常可以以不同的方式解释。如果应用程序加载的数据与预期不同，请选中“高级”复选框，单击“检查”按钮，选择底部列表中的所有项目（包含DICOM数据、读取器、警告列），然后单击“加载”。

从DICOM数据库中删除数据

通过右键单击患者、研究或系列，可以从DICOM数据库中删除条目。请注意，为避免意外数据丢失，如果仅将链接添加到数据库，则Slicer不会删除相应的图像数据文件。复制到DICOM数据库的DICOM文件将从数据库中删除。

将数据从场景导出到DICOM数据库

场景中的数据可以导出为DICOM格式，存储在DICOM数据库或导出为DICOM文件：

确保安装了所有必需的Slicer扩展。Slicer核心包含用于导出图像的DICOM导出插件，但其他信息对象可能需要额外的扩展。
- SlicerRT扩展需要导入/导出放射治疗信息对象：RT结构集、RT剂量、RT图像、RT计划。
- 定量报告扩展需要导入/导出DICOM分割对象、结构化报告和参数图。
- 参见支持的数据格式页面中的完整列表。
转到数据模块或DICOM模块。
右键单击数据树中的数据节点，将其转换为DICOM格式。
在导出对话框的左下角选择导出类型。这是必要的，因为可能有几种DICOM信息对象可以存储相同类型的数据。例如，分割可以存储为DICOM分割对象（现代DICOM）或RT结构集（传统表示，主要用于放射治疗计划）。
- “Slicer数据包”导出类型通过将场景MRB包封装在DICOM文件中，将整个场景写入DICOM格式。结果是DICOM次要捕获对象，可以存储在任何DICOM存档系统中。此次要捕获信息存储了场景的所有细节，但只有3D Slicer可以解释数据。
- 导出类型：一旦用户选择了一个节点，DICOM插件会为它们可以导出的系列生成可导出项。结果列表出现在此部分中，按插件分组。置信度数是该插件单个系列的置信度数的平均值。
可选：编辑将用于导出数据集的DICOM标签。选择研究的元数据将自动填充到导出对话框中，您可以选择要导出的Slicer体积。
- DICOM标签编辑器由多个表格组成。顶部是患者和研究的常用标签表，下面是各个系列的标签表。
- 显示表格中的“标签”并不总是直接写入DICOM标签，它们只是供DICOM插件在导出的文件中填写DICOM标签。这提供了更大的灵活性，DICOM插件可以自动填充一些信息，插件可以在此列表中公开其他导出选项（例如压缩、命名约定）。
- 保存修改的标签：选中此复选框以将新标签值持久保存到场景中。
- 如何设置唯一标识符标签：
  - StudyInstanceUID标签指定新系列将添加到的患者和研究。如果值设置为空，则会创建一个新研究。建议在同一研究的系列中保持所有患者和研究值（PatientName、PatientID、StudyID等）相同。
  - SeriesInstanceUID标签标识图像系列。默认情况下，其值设置为空，这将导致创建新的UID，从而创建新的系列。在极少数情况下，用户可能希望指定UID，但UID不能是任何现有的UID，因为这会导致导出的图像切片混入另一个系列。因此，仅当UID不用于数据库中已有图像时才接受该UID。
  - FrameOfReferenceUID标签指定空间参考。如果两个图像具有相同的参考框架UID值，则意味着它们在空间上对齐。默认情况下，该值为空，这意味着创建一个新的参考框架UID，因此导出的图像不与任何其他图像相关联。如果一个图像在空间上注册到另一个图像，则建议从另一个图像复制参考框架UID值，因为在某些图像审查软件中，这可能是融合显示图像所必需的。
单击导出
- 如果发生任何错误，会显示简短的消息。有关错误的更多详细信息，请参阅应用程序日志。

注意：

要在不将DICOM文件添加到DICOM数据库的情况下创建DICOM文件，请选中“导出到文件夹”选项并选择输出文件夹。
在临床情况下处理这些文件时应格外小心，因为非标准或不正确的DICOM文件可能会干扰临床操作。
要在导出前手动准备DICOM患者和研究，请转到数据模块（主题层次标签），右键单击数据树中的空白区域并选择创建新主题。同样可以在患者下创建新研究。

这个工作流程也在一个2分钟的视频教程中解释。

将数据从场景导出到DICOM文件

存储在数据库中的DICOM数据可以通过右键单击患者/研究/系列列表并选择“导出到文件系统”导出为DICOM文件。

加载到场景中的数据节点可以通过右键单击数据模块中的项目，选择导出为DICOM，启用“导出到文件夹”选项，并指定输出文件夹，直接导出为文件系统中的DICOM文件。

DICOM网络传输

DICOM也是一种网络通信标准，规定了数据在系统之间传输的方式。Slicer提供以下功能：

DICOM监听器（C-STORE SCP）：接收从远程计算机发送的任何数据并存储在Slicer DICOM数据库中
DICOM发送器（C-STORE SCU）：从Slicer DICOM数据库中选择数据并将其发送到远程计算机。支持传统的DIMSE和新的DICOMweb协议。
查询/检索（C-FIND SCU，C-FIND SCU）：查询远程服务器上可用的图像列表并检索选定的数据。

注意： 要使用这些功能，您必须与您希望通信的其他DICOM节点的操作员协调。例如，您必须就网络端口和应用程序实体标题（AE Titles）等主题达成协议。请注意，并非所有设备都支持所有网络选项，因此配置可能具有挑战性且通常难以排除故障。

连接端口：端口104是标准的DICOM端口。所有低于1024的端口在类Unix系统（Linux和Mac）上需要root访问权限。因此，您可以使用sudo命令运行Slicer以便为DICOM监听器打开端口。或者，您可以使用其他端口，例如11112。您需要在连接的双方进行配置。一次只能有一个进程监听一个端口，因此如果有一个监听器在运行，第二个将无法启动。如果发生异常情况（崩溃），可能会保持端口打开，您需要杀死storescp辅助进程（或只需重新启动计算机）以释放端口。有关诊断信息，请查看错误日志。

DICOMweb网络传输

Slicer支持使用DICOMweb协议将DICOM项发送到远程服务器。在发送数据窗口中，在“目标地址”中设置完整的服务器URL并选择“DICOMweb”协议。

查看DICOM元数据

转到DICOM模块
右键单击要检查的DICOM数据库窗口中的项目
选择“查看DICOM元数据”

面板及其用途

基本用法

导入DICOM文件：将选定文件夹中的所有DICOM文件（包括子文件夹）扫描并添加到Slicer DICOM数据库。如果“导入目录模式”设置为“复制”，则Slicer会将导入的文件复制到数据库文件夹。建议从可移动媒体（CD/DVD/USB驱动器）导入文件时复制数据，以便在媒体弹出后仍能加载数据集。否则，它们只会在其原始位置被引用。
显示DICOM数据库：在DICOM浏览器和查看器（切片视图、3D视图等）之间切换
患者列表：显示数据库中的患者。所选患者的研究列在研究列表中。可以选择多个患者。
研究列表：显示当前选定患者的研究。可以选择多个研究。
系列列表：显示所选研究的系列（图像、结构集、分割、注册对象等）列表。
加载：单击此按钮将当前选定的可加载项加载到Slicer中。
已加载数据：显示当前加载到场景中的所有内容，可以通过单击眼睛图标在查看器中显示

其他选项：

搜索框：可以通过在这些字段中输入内容来过滤每个患者/研究/系列。
右键菜单项在患者/研究/系列列表中：
- **查看DICOM元数据：**查看选定系列文件头中存储的元数据
- **删除：**从数据库中删除选定项。如果数据集已复制到DICOM数据库中，则DICOM文件也会被删除。
- **导出到文件系统：**将选定项导出为DICOM文件到选定文件夹
- **发送到DICOM服务器：**使用DIMSE（C-store SCP）或DICOMweb（STOW-RS）协议将选定项发送到远程DICOM服务器。

高级加载（允许使用非默认选项加载DICOM数据集）：

**高级：**选中此复选框以显示高级加载选项
**插件选择器部分：**您可以选择允许哪些插件检查选定系列以进行加载。如果单击DICOM模块面板底部的“DICOM插件”可折叠按钮，则显示此部分。
**检查按钮：**在当前选定系列上运行每个DICOM插件，并在可加载项列表表中提供结果。
**可加载项列表：**显示所选插件对选定系列的所有可能解释。默认情况下，最有可能正确解释该系列的插件被选中。如果要以不同方式加载数据，可以覆盖默认设置。并非总是存在一对一的映射，从所选系列到可加载项列表。

DICOM模块设置：

DICOM网络传输：使用查询检索从远程服务器下载数据，设置通过C-store SCP接收数据
DICOM数据库设置：允许您在磁盘上选择一个位置作为Slicer’s DICOM文件数据库。应用程序管理此文件夹的内容（存储元数据和导入的DICOM文件的副本）：请勿手动将任何数据复制到此文件夹中。
其他设置可在菜单中找到：编辑 / 应用程序设置 / DICOM：
- 通用DICOM设置：
  - 加载引用的系列将为您提供在打开分割时轻松加载源卷的选项。这也可以自动完成。
- DICOMScalarVolumePlugin设置：
  - 您可以选择使用哪个后端库（当前为GDCM、DCMTK或GDCM与DCMTK后备，最后一个选项为默认选项）。这在某些数据不受任何一个库支持的情况下提供了选择。
  - 采集几何规则化选项支持创建非线性变换，以纠正采集中的缺失切片或机架倾斜等问题。规则化变换也可以硬化到体积。更多信息参见此处
  - 按时间自动加载子系列是将一些4D采集分解为单个体积的选项，但这是可选的，因为有些体积也按时间单位采集，不应拆分。

故障排除

如何知道我拥有的文件是否使用DICOM格式存储？我如何入门？

DICOM文件不需要特定的文件扩展名，可能很难轻松回答这个问题。然而，如果您有一个由临床扫描仪生成的数据集，它很可能是DICOM格式的。如果您怀疑您的数据可能是DICOM格式，最简单的方法可能是尝试将其加载为DICOM：

将包含数据的目录拖放到Slicer窗口。您将收到一个提示“选择用于您的数据的读取器？将目录加载到DICOM数据库中。”接受该选择。您将看到目录内容被索引时的进度更新。如果目录包含DICOM数据，并且导入成功，完成后您将看到成功导入了多少患者/研究/系列/实例项的消息。
导入完成后，您将看到DICOM浏览器窗口列出当前索引的所有患者/研究/系列。接下来，您可以从DICOM浏览器窗口中选择各个项目并加载它们。
一旦使用DICOM浏览器将数据加载到Slicer中，可以切换到“数据”模块以检查导入的内容。

当我点击“将选择加载到Slicer”时，收到错误消息“无法将…加载为标量体积”

加载失败的常见原因是由于不正确的匿名化导致DICOM文件损坏。患者姓名、患者ID和系列实例UID字段不应为空或缺失（匿名化器应将它们替换为其他有效字符串）。尝试加载原始的、未匿名化的序列和/或更改匿名化过程。

如果以上都没有帮助，请检查Slicer错误日志并在Slicer论坛上报告错误。如果您共享数据（例如，将其上传到Dropbox并在错误报告中添加链接），Slicer开发人员可以更快地重现和修复问题。

我尝试导入DICOM文件目录，但浏览器中没有显示任何内容

DICOM是一种复杂的数据表示方式，扫描仪和其他软件经常会生成“非标准”文件，这些文件声称是DICOM但实际上不符合规范。此外，规范本身有许多变体和特殊格式，Slicer无法理解。Slicer最常用于CT和MR DICOM对象，因此这些通常可以工作。

如果您在导入DICOM数据时遇到问题，请尝试以下步骤：

确保您遵循了DICOM加载说明。
我们不断改进应用程序（每天发布新的预览版本），因此您遇到的问题可能已在最近的版本中解决。尝试使用最新稳定版和最新夜间版的Slicer加载数据。
确保Slicer临时文件夹可写。可以在菜单：编辑 / 应用程序设置 / 模块 / 临时目录中选择临时文件夹。
尝试将数据和数据库目录移动到仅包含美国英语字符（ASCII）的路径，以避免可能的解析错误。不允许使用特殊的国际字符。
确保数据库目录位于有足够可用空间的驱动器上（1GB可用空间应该足够）。如果空间不足，您可能会在“内部错误”弹出窗口中看到此错误消息：在事件中抛出异常：调用未初始化的ctkDICOMItem上的方法
从本地存储（物理驱动器或直接连接到计算机的USB记忆棒）导入文件（不是网络驱动器、共享驱动器、云驱动器、Google驱动器、虚拟文件系统等）。
确保文件名不太长（低于几十个字符），并且在Windows上的完整文件路径低于约200个字符
要确认您的Slicer安装是否正确读取数据，请尝试加载其他数据，例如此匿名示例DICOM系列（CT扫描）
尝试使用不同的DICOM读取器导入：在应用程序设置 / DICOM / DICOMScalarVolumePlugin / DICOM读取器方法中：从DCMTK切换到GDCM（或从GDCM切换到DCMTK），重新启动Slicer，然后再次尝试加载数据集。
查看SlicerDcm2nii扩展是否会转换您的图像。您可以使用扩展管理器安装此模块。安装后，您将能够从Slicer使用Dcm2niixGUI模块。
尝试DICOM修补程序模块。
查看错误日志（菜单：查看 / 错误日志）中的信息。
通过选择添加数据中的一个文件尝试加载数据。 注意：确保打开显示选项，然后关闭单文件选项，以便将选定的系列加载为一个体积。一般来说，不建议这样做，因为加载的数据可能不完整或失真，但在某些情况下，当正确的DICOM加载失败时，它可能有效。
如果仍然无法加载数据，您可能需要找到一个将数据转换为Slicer可以读取的格式的工具。有时工具如FreeSurfer、FSL或MRIcron可以理解Slicer不原生处理的特殊格式。这些系统通常会导出Slicer可以读取的NIfTI文件。
对于存档研究，您确定您的数据是DICOM格式，还是可能存储在DICOM之前的专有MR或CT格式中？如果是后者，您可能希望尝试到2016年随MRIcron分发的dcm2nii工具。更新版本的MRIcron包括dcm2niix，它更适合现代DICOM图像。然而，旧版dcm2nii支持GE、Philips、Siemens和Elscint的专有格式。
如果以上都没有帮助，您可以通过在Slicer论坛上发布简短描述，描述您期望数据集包含的内容以及关于数据集的以下信息，向Slicer开发团队寻求帮助：
- 如果DICOM文件不包含患者机密信息，您可以共享这些文件：将数据集上传到某处（Dropbox、OneDrive、Google drive，…）并发布下载链接。请注意不要意外泄露私人健康信息（患者姓名、出生日期、ID等）。如果您希望从DICOM文件中删除标识符，可以查看DicomCleaner、gdcmanon或RSNA临床试验处理器软件。
- 如果无法共享DICOM文件，您可以共享DICOM元数据和应用程序日志。确保从文本中删除患者姓名、出生日期、ID和所有其他私人健康信息，将文件上传到某处（Dropbox、OneDrive、Google drive，…），并发布下载链接。
  - 获取DICOM元数据：右键单击DICOM浏览器中的系列，选择查看元数据，并单击复制元数据按钮。将复制的文本粘贴到任何文本编辑器中。
  - 获取DICOM加载的详细应用程序日志：为DICOM启用详细日志记录（菜单：编辑 / 应用程序设置 / DICOM / 详细日志记录），然后尝试加载系列（在DICOM浏览器中选择系列并单击“加载”按钮），并获取日志（菜单：帮助 / 报告错误 -> 将日志消息复制到剪贴板）。

显示了内容，但不是我预期的

我预期看到不同的图像

当您从DICOM加载研究时，它可能包含多个数据集，默认情况下Slicer可能不会显示您最感兴趣的数据集。转到数据模块/主题层次部分，单击“眼睛”图标显示/隐藏加载的数据集。显示体积后，您可能需要单击切片选择滑块左侧的小矩形图标（“调整切片查看器的视野…”）。

如果没有一个数据集是正确的，请按照“我尝试导入DICOM文件目录，但浏览器中没有显示任何内容”部分中描述的步骤进行操作。

图像在一个轴上被拉伸或压缩

一些非临床（工业或前临床）成像系统不会生成有效的DICOM数据集。例如，它们可能错误地假设切片厚度标签定义图像几何，而根据DICOM标准，图像切片位置必须用于确定图像几何。DICOM修补程序模块可以修复其中一些图像：从Slicer的DICOM数据库中删除图像文件，使用DICOM修补程序模块处理图像文件，然后将处理后的文件重新导入Slicer的DICOM数据库。如果图像仍然失真，请转到体积模块，打开体积信息部分，并调整图像间隔值。

扫描仪可能会生成具有不同图像切片间隔的图像体积。Slicer可以通过应用非线性变换在场景中表示此类图像。要启用此功能，请转到菜单：编辑 / 应用程序设置 / DICOM，并将采集几何规则化设置为应用规则化变换。切片视图、分割和许多其他功能直接在非线性变换体积上工作。对于某些其他功能，如体积渲染，您需要在体积上硬化变换：转到数据模块，在体积节点的行中，右键单击变换列，并选择硬化变换。

请注意，如果Slicer显示关于非均匀切片间隔的警告，则可能是由于DICOM文件丢失或损坏。没有可靠的机制来区分由于减少患者剂量而未采集的切片（例如，为了减少患者剂量）或采集后丢失的切片。