基于PACS的医学图像压缩

医学工程

基于PACS的医学图像压缩

袁西霞　岳建华　王梦倩

中国矿业大学　(徐州221008)

【摘要】　从PACS和DIC OM的定义出发,对基于PACS的医学图像压缩的要求和算法等方面作了阐述,还介绍了J PEG2000在医学图像压缩中的优势。

【关键字】　PACS　J PEG2000　医学图像压缩

Medical Image Compression B ased on PACS

Y uan X ixia　Y ue Jianhua　Wang Mengqian

China university of mining　(Xuzhou221008)

【Abstract】　From the definition of the based on PACS and the DIC OM,this paper specifies the demands and arithmetic for medical image com pression based on PACS.And the advantage of the J PEG2000for medical image com2 pression is discussed.

【K ey Words】　PACS　J PEG2000　medical Image com pression

1　引言

1.1　PACS的产生

PACS(Picture Archiving and C ommunication Sys2 tem,图像存档及通信系统)是近年来国内外新兴的医学影像信息技术,是专门为医学图像管理而设计的,包括图像获取、处理、存储、显示或打印的软硬件系统,是医学影像、数字化图像技术、计算机技术和网络通信技术相结合的产物。

随着医学影像技术的发展,出现了包括计算机断层扫描(CT)、核磁共振(MRI)、超声成像(US)、数字减影血管造影术(DS A)等多种医学成像方法和设备,为疾病的诊断提供了重要的依据。但是,由于这些图像的数据量特别大,P ACS需要解决数据传输和图像存储的问题,如何利用有限的存储空间存储更多的图像,因此,医学图像压缩是P ACS关键的技术之一。

1.2　DIC OM的出现

在PACS的发展过程中,由于医学数字图像的图像格式、传输方式在不同的影像设备和系统中千差万别,给PACS及各种设备之间的图像及其相关信息的交换带来了很大困难。为此,美国放射学会(American C ollege of Radiology:ACR)和美国全国电子厂商联合会(National E lectrical Manu factures Ass oci2 ation:NE MA)于1985年联合建立了一种标准,以利于规范图像及其相关信息的交换。现在广泛使用的标准称为医学数字图像通讯标准3.0(Digital Imaging and C ommunications in Medicine3.0,DIC OM3.0)。

DIC OM图像数据源的最大特点是数据量巨大,在医院每天产生的图像及附属信息数据量可以从几十Mb到几十G b,其中90%以上是图像数据。如此巨大的数据量使得存储空间的管理、图像存取速度和数据可靠性成为需要重点考虑的问题。其中,对图像进行压缩处理是解决存储空间问题的一个重要方法。因此,在DIC OM作为医学图像与通信的重要标准,加入了对图像压缩算法的支持。

2　医学图像压缩的要求

衡量一个PACS的好坏,有两个重要的要素:图像质量和借阅方便。而这又取决于PACS中医学图像压缩效果的好坏。

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数据压缩的效果好与不好,关键要看三样指标:一是压缩比要大,二是压缩算法简单、速度快,三是恢复效果好。因此医学图像压缩也要遵循这三个指标。2.1　医学图像压缩的第一个指标就是有较高的压缩效率。医学图像的压缩无疑是减低应用系统成本,提高网络传输效率,减少存储空间的一个重要途径。图像数据压缩可提高图像传输速率,缩短传输时间,还可以减少图像存档需要的存储空间。因此,高的压缩比是必需的。

2.2　图像压缩的另一个指标是计算速度。用软件压缩或解压缩常常占据计算机的宝贵时间,且很难做到实时;用硬件压缩速度很快,但将增加PACS的成本。有人认为随着带宽和存储能力的增强将不会再有压缩的要求,但医学图像技术的发展将不断地提高对网络带宽和存储能力的要求,压缩技术也一直会体现出它的重要性。

2.3　医学图像压缩的一个指标是保证医学诊断的可靠性。医学图像是医学诊断和疾病治疗的重要根据,在临床上具有非常重要的应用价值。确保医学图像压缩后的高保真度是医学图像压缩首要考虑的因素,现在医学图像上常常采用无损压缩,因为它能够精确地还原原图像。

但这三个指标又是互相制约的,追求高的压缩比就会损失一部分图像信息,达不到“无视觉损失”的效果;同样,保持了原始图像的真实性,就无法达到较高的压缩比因而利用率不高。在实际的临床应用中,在这两者之间寻找一个合适的切入点,使图像既能经过压缩便于存储传输,又不会影响临床诊断是至关重要的。

3　医学图像压缩算法

从图像压缩还原的角度出发,图像压缩方法可分为无损压缩和有损压缩两大类。前者可从它的压缩式重建精确的原始数字图像,虽保持了原始图像的真实性,但部分图像压缩的因数将受到限制。而后者虽有数据丢失,但通过一些计算方法可使这种可能性降至最小,在保持原始图像重要特征的同时获得高压缩比。常用的无损压缩方法有差分脉冲预测编码、多级内插方法等,常用的有损压缩方法有离散余弦变换(DCT)、全帧离散余弦变换、重叠正交变换(LOT)、自适应预测编码和神经网络法等,近年来又出现了分形和小波变换编码。

目前公认的图像压缩标准有J PEG(joint photo2graphic expert group,联合图片专家组)和MPEG(m ov2 ing picture expert group,运动图像专家组),它们分别适用于静止图像和运动图像的压缩编码。医学图像大多为静止图像,应根据J PEC标准实施压缩。J PEC 不仅可以压缩数字X线图像,而且适用于CT、MRI、DS A及超声等一切灰度图像及真彩色图像的压缩。J PEG的另一特点是它极易应用于PACS。DIC OM标准中图像数据的传输目前只支持J PEG压缩算法,而对于数据源的数据压缩并没有限制。

3.1　J PEG简介

J PEG由联合图像专家组J PEG(joint photographic experts group)于1990年提出,1993年成为IS O/IT U 正式标准.它既允许无损压缩,也允许有损压缩。在无损压缩模式下,图像中的像素值以预测方案进行编码,保守的压缩比约为2:1;有损压缩的压缩比一般在5-20,主要由块DCT、标量量化和系数Z型扫描的哈夫曼/算术编码等构成。J PEG算法主要缺点是大压缩比情况下失真明显,缺乏比特流控制以及较弱的误差修复能力。

3.2　J PEG2000简介

J PEG2000是由IS O(国际标准化组织)和IEC(国际电工协会)联合开发的新兴图像压缩标准。J PEG2000被设计成用于补充现有的J PEG标准,它的PARTI是核心编码算法,已于2000年12月成为了国际标准。J PEG2000因为采用了离散小波变换和最新的嵌入式编码技术,所以具备了传统的J PEG 所无法比拟的优势。

J PEG2000压缩医学图像有以下优点:

3.2.1　在较高的压缩比下可以保持好的图像质量。

3.2.2　具备有损压缩和无损压缩的可选择性,可以同时满足各种临床需求。无损压缩对保存一些重要图像十分有用。

3.2.3能实现渐进传输,它先传输图像的轮廓,然后逐步传输数据,不断提高图像质量,让图像由朦胧到清晰显示。

3.2.4支持所谓的“感兴趣区域”特性,可以任意指定影像上感兴趣区域的压质量,还可以选择指定的部份先解压缩。感兴趣区域的选择和渐进传输的功能更是其他压缩方法所不具备的。

3.3　J PEG2000的原理

J PEG2000编码器的结构首先对源图像数据进行离散小波变换,然后对变换后的小波系数进行量

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