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在Windows系统中使用C++与Orthanc交互：基于DICOMweb的医学影像应用开发

news 来源：原创 2025/5/21 6:54:08

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在Windows系统中使用C++与Orthanc交互：基于DICOMweb的医学影像应用开发

在之前的文章中，我们详细探讨了Orthanc作为轻量级PACS服务器的核心功能、DICOMweb支持以及Python实现的示例代码。为了进一步扩展Orthanc的应用场景，本文将聚焦于在Windows系统中，使用**C++**开发与Orthanc交互的应用程序，重点展示如何通过DICOMweb接口实现医学影像的查询、检索和上传功能。文章将提供完整的C++示例代码，包含关键注释，并介绍Windows环境下的开发配置和注意事项。

一、为何选择C++与Orthanc交互

C++是一种高性能、跨平台的编程语言，广泛应用于医疗影像处理和PACS系统开发。结合Orthanc的DICOMweb接口，使用C++开发具有以下优势：

高性能：C++的低级控制和内存管理适合处理大型DICOM数据集。
跨平台兼容性：C++代码可轻松移植到Linux或其他系统。
与DICOM库集成：C++与DCMTK、GDCM等DICOM库无缝集成，增强影像处理能力。
Windows生态支持：Windows是许多医院和开发环境的首选平台，C++在Windows下有成熟的开发工具链。

本文将使用C++通过HTTP请求与Orthanc的DICOMweb接口交互，展示如何实现QIDO-RS（查询）、WADO-RS（检索）和STOW-RS（上传）功能。

二、开发环境准备

1. 安装Orthanc

在Windows系统中，推荐使用Docker或直接下载预编译的Windows二进制包运行Orthanc：

Docker方式：

docker pull orthanc/orthanc
docker run -p 8042:8042 -p 4242:4242 orthanc/orthanc

Windows二进制包：
从Orthanc官网（https://www.orthanc-server.com/download.php）下载Windows版本，解压后运行Orthanc.exe。

默认配置下，Orthanc的REST API和DICOMweb接口运行在http://localhost:8042。

2. C++开发工具

编译器：Visual Studio 2022（社区版免费），支持C++17及以上。
HTTP客户端库：使用cpp-httplib，一个轻量级的C++ HTTP客户端库，适合与RESTful接口交互。
JSON解析库：使用nlohmann/json，便于处理DICOMweb返回的JSON数据。
DICOM处理库（可选）：如DCMTK或GDCM，用于解析DICOM文件。

3. 安装依赖库

使用vcpkg（Visual Studio的包管理器）安装cpp-httplib和nlohmann/json：

# 安装vcpkg（如果尚未安装）
git clone https://github.com/microsoft/vcpkg.git
cd vcpkg
.\bootstrap-vcpkg.bat
.\vcpkg integrate install# 安装cpp-httplib和nlohmann/json
.\vcpkg install cpp-httplib
.\vcpkg install nlohmann-json

4. Visual Studio项目配置

创建一个新的C++空项目。
在项目属性中：
- 添加vcpkg的头文件路径：vcpkg\installed\x64-windows\include。
- 添加vcpkg的库路径：vcpkg\installed\x64-windows\lib。
- 链接cpp-httplib.lib和nlohmann_json.lib（根据需要）。

三、C++实现DICOMweb功能

以下展示如何使用C++与Orthanc的DICOMweb接口交互，实现以下功能：

QIDO-RS：查询DICOM研究。
WADO-RS：检索DICOM元数据。
STOW-RS：上传DICOM文件。

1. 前置代码：HTTP客户端封装

我们创建一个简单的HTTP客户端类，封装cpp-httplib的请求功能，并使用nlohmann/json解析响应。

#include <httplib.h>
#include <nlohmann/json.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>using json = nlohmann::json;// HTTP客户端类，封装与Orthanc的交互
class OrthancClient {
private:httplib::Client client;std::string dicomWebRoot;public:OrthancClient(const std::string& host, int port, const std::string& root = "/dicom-web"): client(host, port), dicomWebRoot(root) {client.set_connection_timeout(10); // 设置连接超时为10秒client.set_read_timeout(30);       // 设置读取超时为30秒}// 发送GET请求并返回JSON响应json get(const std::string& endpoint, const httplib::Params& params = {}) {auto res = client.Get((dicomWebRoot + endpoint).c_str(), params);if (res && res->status == 200) {return json::parse(res->body);}throw std::runtime_error("GET request failed: " + std::to_string(res ? res->status : -1));}// 发送POST请求上传DICOM文件bool postDicomFile(const std::string& endpoint, const std::string& filePath) {std::ifstream file(filePath, std::ios::binary);if (!file.is_open()) {throw std::runtime_error("Cannot open file: " + filePath);}// 读取文件内容std::vector<char> fileData((std::istreambuf_iterator<char>(file)), std::istreambuf_iterator<char>());httplib::MultipartFormDataItems items = {{ "file", std::string(fileData.begin(), fileData.end()), std::filesystem::path(filePath).filename().string(), "application/dicom" }};auto res = client.Post((dicomWebRoot + endpoint).c_str(), items);return res && res->status == 200;}
};

代码注释：

OrthancClient：封装HTTP客户端，初始化时指定Orthanc服务器的地址、端口和DICOMweb根路径。
get：发送GET请求，解析并返回JSON响应。
postDicomFile：发送POST请求，上传DICOM文件。

2. QIDO-RS：查询DICOM研究

以下代码展示如何查询患者ID为"12345"的DICOM研究。

void queryStudies(OrthancClient& client) {try {// 设置查询参数httplib::Params params = {{ "PatientID", "12345" },{ "00100020", "12345" } // 患者ID的DICOM标签};// 发送QIDO-RS请求json studies = client.get("/studies", params);// 解析并打印结果for (const auto& study : studies) {std::string studyUID = study["0020000D"]["Value"][0].get<std::string>();std::cout << "Study Instance UID: " << studyUID << std::endl;}} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error in QIDO-RS: " << e.what() << std::endl;}
}

代码注释：

params：设置查询条件，支持DICOM标签或标准字段。
client.get：发送GET请求到/dicom-web/studies端点。
响应为JSON数组，包含匹配的研究信息。

3. WADO-RS：检索DICOM元数据

以下代码展示如何检索特定研究的元数据。

void retrieveMetadata(OrthancClient& client, const std::string& studyUID) {try {// 发送WADO-RS请求json metadata = client.get("/studies/" + studyUID + "/metadata");// 打印元数据（示例：Study Description）if (metadata.contains("00081030")) {std::string studyDesc = metadata["00081030"]["Value"][0].get<std::string>();std::cout << "Study Description: " << studyDesc << std::endl;}} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error in WADO-RS: " << e.what() << std::endl;}
}

代码注释：

/studies/{studyUID}/metadata：WADO-RS端点，返回研究的元数据。
metadata：JSON对象，包含DICOM标签及其值。

4. STOW-RS：上传DICOM文件

以下代码展示如何上传DICOM文件到Orthanc。

void uploadDicomFile(OrthancClient& client, const std::string& filePath) {try {// 发送STOW-RS请求bool success = client.postDicomFile("/studies", filePath);if (success) {std::cout << "DICOM file uploaded successfully: " << filePath << std::endl;} else {std::cerr << "Failed to upload DICOM file" << std::endl;}} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error in STOW-RS: " << e.what() << std::endl;}
}

代码注释：

postDicomFile：以multipart/form-data格式上传DICOM文件。
成功上传后，Orthanc会解析并存储DICOM文件。

5. 主程序

以下是完整的程序入口，整合上述功能。

int main() {try {// 初始化Orthanc客户端OrthancClient client("localhost", 8042);// 查询研究std::cout << "Querying studies..." << std::endl;queryStudies(client);// 检索元数据std::string studyUID = "1.2.840.113619.2.55.3.60467153.1234.1234567890";std::cout << "\nRetrieving metadata for study: " << studyUID << std::endl;retrieveMetadata(client, studyUID);// 上传DICOM文件std::string dicomFile = "path/to/sample.dcm";std::cout << "\nUploading DICOM file: " << dicomFile << std::endl;uploadDicomFile(client, dicomFile);} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Main error: " << e.what() << std::endl;return 1;}return 0;
}

代码注释：

主程序初始化OrthancClient，依次调用查询、检索和上传功能。
异常处理确保程序健壮性。

四、Windows系统下的注意事项

防火墙配置：
- 确保Orthanc的端口（默认8042和4242）未被Windows防火墙阻止。
- 在Windows PowerShell中运行以下命令开放端口：
```
netsh advfirewall firewall add rule name="Orthanc" dir=in action=allow protocol=TCP localport=8042,4242
```
文件路径：
- Windows使用反斜杠（\）作为路径分隔符，但在C++字符串中需转义为\\，或使用原始字符串（如R"(path\to\file)"）。
- 示例："C:\\Users\\Username\\sample.dcm"。
依赖库的DLL：
- 确保cpp-httplib和nlohmann/json的动态链接库（.dll）在可执行文件的目录下，或已添加到系统PATH。
- vcpkg会自动将DLL放置在vcpkg\installed\x64-windows\bin。
字符编码：
- Orthanc的DICOMweb接口使用UTF-8编码，确保C++程序的字符串处理兼容UTF-8。
- 在Visual Studio中，设置项目属性为“使用Unicode字符集”。
性能优化：
- 对于大规模DICOM文件上传，建议使用异步I/O或多线程以提高性能。
- 调整cpp-httplib的超时参数，适应网络环境。

五、扩展：与DCMTK集成

若需解析或生成DICOM文件，可集成DCMTK库。以下是使用DCMTK读取DICOM文件并上传到Orthanc的示例：

1. 安装DCMTK

通过vcpkg安装DCMTK：

.\vcpkg install dcmtk

2. 示例代码：读取DICOM文件并上传

#include <dcmtk/dcmdata/dctk.h>void uploadDicomWithDCMTK(OrthancClient& client, const std::string& filePath) {try {// 使用DCMTK加载DICOM文件DcmFileFormat fileFormat;OFCondition status = fileFormat.loadFile(filePath.c_str());if (status.bad()) {throw std::runtime_error("Failed to load DICOM file: " + status.text());}// 验证DICOM文件有效性DcmDataset* dataset = fileFormat.getDataset();if (!dataset) {throw std::runtime_error("Invalid DICOM file");}// 上传文件client.postDicomFile("/studies", filePath);std::cout << "DICOM file validated and uploaded: " << filePath << std::endl;} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error in DCMTK upload: " << e.what() << std::endl;}
}

代码注释：

DcmFileFormat：加载DICOM文件并验证其格式。
在上传前，DCMTK可用于提取元数据或进行预处理（如匿名化）。

六、实际应用场景

医院影像工作站：
- 开发Windows桌面应用，通过DICOMweb从Orthanc检索影像并显示。
- 使用C++结合OpenGL或VTK实现影像渲染。
自动化影像处理：
- 开发批量上传DICOM文件的工具，结合DCMTK进行元数据验证。
- 实现影像匿名化后上传到Orthanc。
远程诊断系统：
- 开发C++服务端程序，通过DICOMweb实时查询和传输影像到远程客户端。

七、总结

通过C++在Windows系统中与Orthanc的DICOMweb接口交互，开发者可以构建高性能、可靠的医学影像应用。本文提供的示例代码展示了查询、检索和上传DICOM文件的核心功能，并通过DCMTK扩展了DICOM文件处理能力。结合Windows的开发工具链和Orthanc的轻量级特性，C++开发者能够快速实现从桌面应用到服务器端服务的多种场景。

对于更复杂的应用，建议进一步探索Orthanc的插件系统或与其他影像处理库（如ITK、VTK）集成。

参考资源：