图像基于Android平台下医学图像开窗显示软件的设计与实现_毕业设计论文1

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书毕业论文题 目:基于Android平台下医学图像开窗显示软件的设计与实现

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基于android平台下医学图像开窗显示软件的设计与实现

摘 要

随着人们生活水平的提高科技迅速的发展 智能手机逐渐普及。 2007年Google推出了基于Linux的自由及开放源代码的Android操作系统目前已成为智能手机的主流操作系统。 Andro id是第一个免费、开源、并且完全可定制的移动平台该平台下的应用程序也越来越多但是基于Andro id系统的医学图像处理软件并不多见。

DICOM是医学图像信息系统领域中的核心 它主要涉及医学影像的编码格式与网络通信协议 是构建放射学信息系统(RIS)和图像存档与通信系统(PACS)的国际标准之一。 DICOM也是设备无关的解决方案之一 实现信息资源共享的技术基础。

本设计使用Google开源项目中的解析包实现了对医学图像文件的解析。设计论文在介绍Java语言、Eclipse软件、Android操作系统以及医学图像相关内容的基础上说明了整个设计过程。为了充分利用移动平台的优势方便医生随时诊疗本设计要求实现基于Android平台下的DICOM格式的医学图像的读取和显示。

关键词 Andro id平台 DICOM 医学图像显示

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The Medical Image Display Software Design and

Implementation Based onAndroid OS

Abstract

With the improvement of people's living standards, rapid development ofscience and technology, smart phones has been popularized. In 2007,Google haslaunched a free and open source operating system,which is named Android. It hasbecome the mainstream mobile operating system. Android is the fullycustomizable mobile platform, more and more applications appeared on theplatform,but there are few App canprocess medical image.

DICOM is the core of the field of medical image information system,whichmainly relates to the medical image coding scheme and network communicationprotocol. Also it's one of the international standards to build a RadiologyInformation System(RIS), Picture Archiving and Communication System(PACS).One of the solutions is independent of DICOM equipment, technical basis forrealizing information resources sharing.

By using the codes of open source projects from Google, the application hasrealized the parsing of medical image files. This paper introduces the Javalanguage, Eclipse,Android operating system, as well as related content on thebasis of medical image. It also illustrates the entire design procedure. TheApplication fully uses the advantages of mobile platforms, and simplifies diagnoseprocedure. Its main function is to parse medical image files and display theimages.

Key words:The Android platform;DICOM;Medical Image display

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目 录

摘 要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II

第一章绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 .1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 .2医学图像简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 .3 DICOM的发展过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.4 DICOM图像的应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

第二章Android平台的简述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.1认识Andro id. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.1.1 Android简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.1.2 Android的发展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.2 Android基本框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.3 Android系统的四大组件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.4 Android 2.3.3模拟器介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

2.4.1 Android2.3.3模拟器概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

2.5开发语言Java. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

2.5.1 Java简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

2.5.2 Java语言特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

第三章搭建Android开发环境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1开发Android前的准备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.1安装JDK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.2安装Eclipse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.3安装Android SDK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.1.4安装ADT插件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.1.5创建Android虚拟设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

第四章DICOM医学图像文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.1 DICOM文件头. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.2 DICOM数据集. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.2.1 VR的类型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

4.2.2数据传输协议标识UID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.3 DICOM文件解析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

4.4 DICOM文件开窗显示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

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第五章软件功能规划及功能实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

5.1软件功能规划. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

5.2熟悉Android开发环境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

5.2.1新建Android工程项目. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

5.2.2填写工程信息. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

5.2.3运行HelloAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

5.3软件设计与实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

5.3.1程序设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

5.3.2界面布局的设置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

第六章设计总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

附 录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

致 谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

IV

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第一章绪论

1.1引言

在20世纪90年代初 随着通信技术、 网络技术以及计算机技术的发展图像处理和分析以及PACS(Picture Archiving and Communication System)在医学教学、远程医疗以及临床诊断中发挥着越来越重要的作用。而DICOMDigitalImaging and Communications in Medicine医学数字成像和传输是PACS系统中应用的主要标准它涉及到信息系统中最主要也是最困难的医学图像的成像和通信可以直接应用在RIS Radiology Information System放射科信息系统和PACS中[ 1] 。

DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)是NEMA(美国制造商协会)和ACR(美国放射学会)联合制定的一种规定数字医学影像和相关信息的格式及其信息交换方法的国际标准,现已几乎成为世界各国都遵循的医学图像标准,是医院间以及国际间医学图像交流的基础。

Android是一款针对手机的全新开源软件工具包它由Google和开发手机联盟Open Handset Alliance共同创建。 Android有望在数年内遍布于数百万部手机和其他移动设备中从而成为应用程序开发人员的主要平台。 Andro id系统由于功能非常丰富所以一直受广大开发爱好者的喜爱。但是在Andro id平台下关于医学图像方面的软件却很少现有的大多数图像处理软件都不能直接读取和显示dcm格式的医学图像文件。所以在Android平台下编程实现DICOM格式的医学图像的读取和显示是非常有意义的。

本次毕业设计的主要任务是用Java语言结合eclipse软件实现了Android平台下DICOM格式的医学图像的读取和显示。

1.2医学图像简介

医学数字成像和传输是由ACRAmerican College of Radiology美国放射学会和NEMANational Electrical Manufacturers Association 国家电气制造商协会共同制定的医学图像成像和传输的标准。其目的是为在不同的医学影像设备间提供一个一致性的接口以实现数字影像在各种医学影像设备间交换传输。

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随着DICOM协议不断的发展完善各医学影像设备制造商纷纷推出符合DICOM标准的医学影像设备 DICOM已成为医学影像的公认标准 目前版本为3.0。 DICOM3.0标准有15部分组成其中第10部分“用于介质交换的存储介质和格式”给出DICOM文件格式[2] 。DICOM文件是指按照DICOM标准存储的医学文件。

DCM文件一般由DICOM文件头File Meta Information和DICOM数据集Data Set  组成。 每个 DCM文件包含了一个单独的服务对象对

图1 DCM文件结构

在DICOM文件中最基本的单元是数据元素DICOM数据集就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的。标识符是一个2B无符号整数对分别代表组号和元素号 DICOM所有的数据元素都可以用标签来惟一表示[3] 。数据类型(VR)是2B的字符串,指明了该数据元素中的数据是哪种类型。不同的数据类型决定了数据的不同读取方式。数据长度是一个2B或4B(取决于显示或隐示VR)的无符号整数指明该数据元素的数据域中数据的长度。数据域指明数据的具体数值,该字段的数据类型由数据元素的VR所明确定义。

1.3 DICOM的发展过程

20世纪70年代以来计算机断层成像技术和其它数字成像技术发展极其迅速很多厂商都研制了具有计算机的成像设备而且它们制定了各自不同的图像格式。随着计算机网络的普及和其在医学上的广泛应用在不同厂商生产的设备之间交换图像和相关信息的需求日趋迫切而缺乏统一的标准成为图像

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交换的主要障碍。因此ACR和NEMA在1983年组成一个联合委员会并发起制定一个公共的标准其目的是

(1)有助于开发和推广图像存档和传输系统(PACS)  并能与其它医学信息系统联系。

(2)促进数字图像设备的网络化而不论设备的开发商是谁。

(3)建立有价值的诊断信息数据库 它能处理地理上分散的不同设备间的请求。

1985年该委员会发表了ACR-NEMA 1.0标准(No.300-1985)。 1986年10月和1988年1月又公布了该标准的两个修订版。 1988年公布了ACR-NEMA2.0标准(No. 300- 1988) 。然而由于技术上不成熟这些规范并没有被广泛采用。但是这些努力吸引了国际上许多著名的医学影像设备制造商的关注及参与终于在1996年委员会发表了一套新的规范 正式命名为DICOM 3.0。此规范公布后立即得到众多的厂商及机构的采用。在此之后 DICOM标准不断地吸纳各方反馈的有用信息 从不同的专业角度对规范在范畴和深度上进行扩充1998年又推出了修订版本 目前仍然在不断的发展中。

DICOM涵盖了数字图像信息构成和通信两个领域 内容极其烦琐、庞大目前没有任何医学系统可以支持所有的DICOM服务每一种设备都是只针对自己最需要的部分提供支持。我们也根据核医学的需要制定了自己的符合DICOM标准的图像文件格式。其中核医学图像文件结构部分主要参阅了DICOM标准的PS 3.3~PS 3.6和PS 3.10。

PS 3.3: Information Object Definitions 信息对象定义

PS 3.4:Service Class Specifications 服务类规范

PS 3.5:Data Structure and Encoding 数据结构和编码规定

PS 3.6:Data Dictionary 数据字典

PS 3.10:Media Storage and File Format for Data Interchange 便于数据交换的介质存储方式和文件格式。

1.4DICOM图像的应用

毫无疑问 DICOM是医学图像信息系统领域中的核心 它涉及到信息系统中最主要也是最困难的医学图像的存储和通信可直接应用在放射学信息系

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统(RIS)和图像存档与通信系统(PACS)中。 DICOM也是研究和开发具有网络连接功能实现信息资源共享的新型医疗仪器的技术基础。医疗仪器在朝着自动化、智能化发展的同时也在向着具有通信能力的遥控遥测和信息远程获取的网络功能发展医疗仪器既是医疗信息系统中的信息源又是系统中的信息使用者是信息系统中的一个主要环节 网络化的医疗仪器对医学信息系统的重要性是不言而喻的[4] 。

在采用DICOM标准的信息网络系统中所有DICOM设备之间都可以按照DICOM的网络上层协议进行互相连接和操作。 临床医生可以在办公室查看B超设备的图像和结果可以在CT机上调用核磁共振图像进行图像的叠加融合也可以通过网络调用存储在其他医院的图像结果。无论是本院、本地还是相距很远的外地 DICOM设备都可以通过网络相互联系交换信息。由于提供了统一的存储格式和通信方式普及DICOM标准可以简化医疗信息系统设计避免许多重复性的工作加快信息系统的开发速度。对于实现无纸化、无胶片化的医院和远程医疗系统的实施将会起极其重要的作用。

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