医疗CT断层图像DICOM标准和工业CT断层图像DICONDE标准

孟想成真

1.前言
  笔者在最近的项目中，要处理工业CT图像，那么不可避免的要了解工业CT断层图像的文件格式。
  在医疗CT中，CT图像遵循DICOM 标准，在工业CT中，CT图像遵循DICONDE标准。
  医疗CT的发展速度先于工业CT，目前工业CT的更多方法和经验，都是从医疗CT中借鉴的。
  2.医疗CT断层图像DICOM 标准
  DICOM标准官网：https://www.dicomstandard.org/about-home

关于DICOM标准的介绍，如图所示。简言之，DICOM 标准是个国际标准，被国际标准化组织认可为 ISO 12052 标准。
  DICOM——医学数字成像和通信——是医学图像和相关信息的国际标准。它定义了可与临床使用所需的数据和质量交换的医学图像格式。DICOM 是与 ACR（美国放射学会）和 NEMA（美国国家电气制造商协会）以及其他标准组织（包括欧洲的 CEN TC251 和日本的 JIRA）联络开发的，还经过其他组织的审查，包括 IEEE、HL7 和 ANSI 。
  随着1990年代初引入了DICOM（作为1980年代的ACR-NEMA规范的版本3），DICOM标准委员会一直在稳步扩展，其成员目前已经包括来自用户组织和厂商的代表，从而使其在健康科学界具有了广泛的代表性。 DICOM规范的应用已经超越了健康科学界，进入了无损检查的领域（DICONDE）。
  3.工业CT断层图像DICONDE标准
  DICONDE标准：为了解决在无损检测中数据保存和传输不通用的问题，2004年美国材料与试验协会（ASTM）在医学数字成像和通信标准（DICOM）基础上[1,2]，制定了应用于无损检测领域的DICONDE（E2339）标准[3]。DICONDE标准在数据存储和传输方面与DICOM格式相同，只是对无损检测领域相关的属性进行了增加和修改。
     [1] 李硕.DICONDE格式工业射线图像获取及处理研究[D].太原：中北大学，2016. [2] National Electrical
Manufacturers Association. ASTM E2339. Digital Imaging and
Communications in Medicine （DICOM）[Z].Virginia USA： National
Electrical Manufacturers Association，2016. [3] American Society for
Testing and Materials.Digital Imaging and Communication in
Nondestructive Evaluation （DICONDE）[Z].West Conshohocken USA：American
Society for Testing and Materials，2015
   

DICOM文件组成如图所示。前言为文件起始处的128字 节(一般都为0);前缀由4个字节“DICM”字符串构成;数据集包含图像相关信息和数据元素值;数据元素包括:标识符 (Tag)、数据类型(VR)、数据长度(VL)、数据域(Value Field)。
  标识符Tag : DICOM文件组成如图2所示。前言为文件起始处的128字 节(一般都为0);前缀由4个字节“DICM”字符串构成;数据集 包含图像相关信息和数据元素值;数据元素包括:标识符 (Tag)、数据类型(VR)、数据长度(VL)、数据域(Value Field)
  数据类型VR:数据类型占2个字节，规定了数据元素的数据类型。
  数据长度 :当VR为显式时数据占用2个字节，当VR为隐式时占用4个字节。
  数据域 :数据域存放数据元素的值，其字节数必须是偶数，不足需要补齐。
  DICONDE标准中主要修改了DICOM标准中关于病人模块的描述,并添加了无损检测特征、工件几何结构、验收三个模块。
  工业CT断层图像文件格式按DICONDE标准，文件后缀：.dcm .dicom .dcn等，也可转化为tif、png等格式存储。
  4. .dcm , .dcn 等格式文件打开方式
  DCM文件是遵循DICOM (DICOM：Digital Imaging and Communications in Medicine，医疗数位影像传输协定)标准的一种文件，而DICOM标准支持的设备包括心电图、核磁共振成像 、血管镜 、超声心动图等多种医疗设备，因而DCM文件被广泛应用于医疗行业。可以用MedImaView、Millensys DICOM MiniViewer、DICOM Viewer等软件打开
  MedImaView下载官网：http://www.dicom-solutions.com/medimaview.shtm?lang=en
  MedImaView软件界面
  

  补充内容
  工业CT机基本结构

CT机有五个主要组成部分。目前市场上主流的工业CT机一般由射线源、机械扫描系统、探测器系统、计算机系统和屏蔽设施等部分组成。
  简言之，这五部分各自作用是：
射线源，提供射线，常用的有x射线。CT机能够成像，原理在于不同密度的物体对X射线的吸收能力不同。
机械扫描系统：控制试件的运动。现在常用的第三代CT机是射线源不动，机械扫描系统控制试件从不懂角度旋转，从而形成不同角度的序列断层图像，以便之后的三维重建。
探测器是用来接收射线，在其上成像。
屏蔽设施是，当CT机工作时，用来屏蔽射线的辐射，避免对人体造成伤害。
  具体来说，
  射线源： 提供工业CT扫描成象的能量线束用以穿透试件，根据射线在试件内的衰减情况实现以各点的衰减系数表征的CT图象重建。与射线源紧密相关的前直准器用以将射线源发出的锥形射线束处理成扇形射束。后准直器用以屏蔽散射信号，改进接受数据质量。
机械扫描系统 ：实现CT扫描时试件的旋转或平移，以及射线源——试件——探测器空间位置的调整，它包括机械实现系统及电器控制系统。
探测器系统：用来测量穿过试件的射线信号，经放大和模数转换后送入计算机进行图象重建。 工业CT机一般使用数百到上千个探测器，排列成线状或者面状。探测器数量越多，每次采样的点数也就越多，有利于缩短扫描时间、提高图象分辨率。
计算机系统 ：用于扫描过程控制、参数调整，完成图象重建、显示及处理等。
屏蔽设施 ：用于射线安全防护，一般小型设备自带屏蔽设施，大型设备则需在现场安装屏蔽设施。
  CT机的发展
  CT机的发展：按扫描获取数据方式的不同，CT技术已发展经历了五个阶段。

第一代CT（见图a），使用单源（一条射线）单探测器系统，系统相对于被检物作平行步进式移动扫描以获得N个投影值（I），被检物则按M个分度作旋转运动。这种扫描方式被检物仅需转动180度即可。第一代CT机结构简单、成本低、图象清晰，但检测效率低，在工业CT中则很少采用。
第二代CT（见图b），是在第一代CT基础上发展起来的。使用单源小角度扇形射线束多探头。射线扇形束角小、探测器数目少，因此扇束不能全包容被检物断层，其扫描运动除被检物需作M个分度旋转外，射线扇束与探测器阵列架一道相对于被检物还需作平移运动，直至全部覆盖被检物，求得所需的成象数据为止。
第三代CT(见图c)，它是单射线源，具有大扇角、宽扇束、全包容被检断面的扫描方式。对应宽扇束有N个探测器，保证一次分度取得N个投影计数和I值，被检物仅作M个分度旋转运动。因此，第三代CT运动单一、好控制、效率高，理论上被检物只需旋转一周即可检测一个断面。
第四代CT(见图d)，也是一种大扇角全包容，只有旋转运动的扫描方式，但它有相当多的探测器形成固定圆环，仅由辐射源转动实现扫描。其特点是扫描速度快、成本高。
第五代CT(见图e)，是一种多源多探测器，用于实时检测与生产控制系统，图中是一种钢管生产在线检测与控制壁厚的CT系统。源与探测器按120度分布，工件与源到探测器间不作相对转动，仅有管子沿轴向的快速分层运动。
  目前，工业上常见的是第三代CT机。
  参考文档：
  1.高静,任延光,王雪,等. 管道环焊缝X射线数字图像的DICONDE格式存储[J]. 数字技术与应用,2020,38(7):90-94. DOI:10.19695/j.cnki.cn12-1369.2020.07.34.
  2.Standard Practice for Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation (DICONDE) for X-ray Computed Tomography (CT) Test Methods 【下载收费】
  3.与diconde标准有关的标准
4.工业计算机断层扫描技术（CT技术）综述

来源：https://blog.csdn.net/t184********/article/details/122385528
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