2.5 DICOM 传输语法（Transfer Syntaxes）
在 DICOM 标准中，传输语法（Transfer Syntaxes） 是定义数据在网络传输或存储时的编码规则、数据格式和压缩方式的关键规范。它确保不同设备（如医学成像设备、PACS 系统、工作站等）之间能够正确解读和处理 DICOM 数据，解决了因硬件架构、编码方式差异导致的兼容性问题。
一、传输语法的核心作用
传输语法的本质是数据编码协议，其核心作用包括：
- 统一数据格式：规定 DICOM 数据元素的字节顺序（大小端）、数值表示方式（如整数、浮点数格式）。
- 定义压缩方式：指定图像像素数据的压缩算法（如无压缩、JPEG、JPEG 2000 等），平衡传输效率与图像质量。
- 实现跨设备兼容：无论设备采用何种硬件架构（如 x86、ARM）或操作系统，都能通过传输语法正确解析数据。
二、传输语法的组成要素
DICOM 传输语法由多个关键要素构成，每个要素都决定了数据的编码方式。具体包括：
1. 唯一标识符（UID）
每个传输语法都有一个唯一的 UID（Unique Identifier），用于在 DICOM 通信中明确指定使用的编码规则。例如：
- 无压缩的显式 VR 传输语法：
1.2.840.10008.1.2.1 - JPEG 基线压缩传输语法：
1.2.840.10008.1.2.4.50
UID 的格式遵循 DICOM 标准，由多个数字段组成，确保全球唯一性。
2. 数据元素编码方式（VR 表示）
DICOM 数据元素的 VR（Value Representation，值表示） 定义了数据的类型（如字符串、整数、浮点数）。传输语法规定了 VR 的编码方式，分为两种：
- 显式 VR（Explicit VR）：数据元素中直接包含 VR 字段（2 字节），接收方无需通过数据字典即可识别数据类型。适用于网络传输，兼容性更强。
- 示例：数据元素结构为
(Group, Element, VR, Length, Value)。
- 示例：数据元素结构为
- 隐式 VR（Implicit VR）：数据元素中不包含 VR 字段，接收方需通过数据字典（根据 Group 和 Element 编号）推断 VR。适用于存储，可节省存储空间。
- 示例：数据元素结构为
(Group, Element, Length, Value)，VR 需查表获取。
- 示例：数据元素结构为
3. 字节顺序（Endianness）
不同设备的 CPU 可能采用不同的字节顺序（数据在内存中的存储顺序），传输语法需明确规定：
- 大端字节序（Big-Endian）：高位字节存储在低地址（如 Motorola 处理器架构），对应 UID 中的
LittleEndian: false。 - 小端字节序（Little-Endian）：低位字节存储在低地址（如 Intel 处理器架构），对应 UID 中的
LittleEndian: true。
显式 VR 传输语法需同时指定字节顺序，而隐式 VR 通常默认采用特定字节序（如小端）。
4. 像素数据压缩算法
传输语法的核心功能之一是定义图像像素数据的压缩方式，分为无压缩和压缩两大类：
- 无压缩：像素数据直接以原始格式传输（如 16 位灰度图像的原始像素值），适用于对图像质量要求极高的场景（如 CT、MRI）。
- 压缩：通过编码算法减少数据量，提高传输和存储效率。常见压缩算法包括：
- JPEG：适用于灰度和彩色图像，如基线 JPEG（
1.2.840.10008.1.2.4.50）、无损 JPEG（1.2.840.10008.1.2.4.70）。 - JPEG 2000：支持更高压缩效率和无损压缩，适用于大尺寸图像（如数字乳腺摄影），对应 UID 如
1.2.840.10008.1.2.4.90（无损）。 - RLE（Run-Length Encoding）：一种简单的无损压缩算法，适用于像素值连续重复的图像，对应 UID
1.2.840.10008.1.2.5。 - MPEG-4 / H.264：用于动态图像（如超声、内镜视频）的压缩，支持高分辨率视频流传输。
- JPEG：适用于灰度和彩色图像，如基线 JPEG（
三、常见传输语法类型及 UID
DICOM 标准定义了多种传输语法，以下是临床中常用的类型及对应的 UID：
| 传输语法类型 | UID | 特点说明 |
|---|---|---|
| 无压缩，显式 VR，小端字节序 | 1.2.840.10008.1.2.1 | 网络传输默认方式，兼容性强，支持所有数据类型。 |
| 无压缩，显式 VR，大端字节序 | 1.2.840.10008.1.2.2 | 适用于传统 Motorola 架构设备，目前较少使用。 |
| 无压缩，隐式 VR，小端字节序 | 1.2.840.10008.1.2 | 存储常用格式，依赖数据字典解析 VR，节省空间。 |
| JPEG 基线压缩（8 位） | 1.2.840.10008.1.2.4.50 | 有损压缩，适用于普通诊断图像，压缩比适中。 |
| JPEG 无损压缩 | 1.2.840.10008.1.2.4.70 | 无损压缩，保留原始图像质量，适用于需精确测量的场景（如骨密度分析）。 |
| JPEG 2000 无损压缩 | 1.2.840.10008.1.2.4.90 | 高效无损压缩，支持大尺寸图像，常用于高级成像设备。 |
| RLE 无损压缩 | 1.2.840.10008.1.2.5 | 简单无损压缩，对具有连续重复像素的图像（如 X 线片）压缩效率高。 |
四、传输语法的协商与应用
在 DICOM 网络通信（如 C-STORE、C-FIND 操作）中，传输语法的选择需通过协商过程确定：
- 客户端（如成像设备）向服务端（如 PACS 服务器）发送关联请求（Association Request），列出自身支持的传输语法 UID。
- 服务端从客户端支持的列表中选择一种双方都兼容的传输语法，并在关联响应（Association Response） 中确认。
- 通信双方使用协商后的传输语法进行数据传输，确保数据正确解析。
在存储场景中，DICOM 文件会在文件元信息（File Meta Information） 中明确标注使用的传输语法 UID，读取设备需根据该 UID 解析文件内容。
五、传输语法的重要性与挑战
- 重要性：传输语法是 DICOM 跨设备兼容的核心保障，没有统一的传输语法，不同厂商的设备将无法互通，医学图像的共享和诊断将无法实现。
- 挑战：随着医学图像分辨率提高（如 3D 成像、全景病理切片），数据量急剧增长，对压缩传输语法的效率和兼容性提出更高要求。同时，新兴压缩算法（如 AI 驱动的智能压缩）也需纳入 DICOM 标准以适应技术发展。
总结
DICOM 传输语法通过定义 UID、VR 编码方式、字节顺序和压缩算法，实现了医学图像数据在不同设备间的标准化编码与解析。理解传输语法的结构和应用，对于开发 DICOM 相关软件、维护 PACS 系统或进行医学图像分析至关重要。在实际应用中，需根据场景（传输 / 存储、图像类型、质量需求）选择合适的传输语法，确保数据的兼容性和效率。