DICOM醫學圖像壓縮技術的實現

2013-11-12 07:21:34王晨希王權任海萍

中國醫療器械雜志 2013年3期

關鍵詞：信息

王晨希，王權，任海萍

中國食品藥品檢定研究院，北京市，100050

0 引言

隨著醫學影像技術的發展，出現了包括計算機斷層掃描(CT)、核磁共振(MRI)、超聲成像(US)、數字減影血管造影術(DSA)等多種醫學成像方法和設備，為疾病的診斷提供了重要的依據。需要PACS(Picture Archiving and Communication System)解決數據傳輸和圖像存儲，因此如何利用有限的存儲空間存儲更多的圖像，即醫學圖像壓縮成為PACS關鍵的技術之一。

在PACS的發展過程中，由于醫學數字圖像的圖像格式、傳輸方式在不同的影像設備和系統中千差萬別，給PACS及各種設備之間的圖像及其相關信息的交換帶來了很大困難。為此，美國放射學會(American College of Radiology：ACR)和美國全國電子廠商聯合會(National Electrical Manufactures Association:NEMA)于1985年聯合建立了醫學數字圖像通訊DICOM標準，以利于規范圖像及其相關信息的交換。DICOM圖像數據源的最大特點是數據量巨大，在醫院每天產生的圖像及附屬信息數據量可以從幾十Mb到幾十Gb，其中90%以上是圖像數據。如此巨大的數據量使得存儲空間的管理、圖像存取速度和數據可靠性成為重要的問題。其中，對圖像進行壓縮處理是解決存儲空間的一個重要方法。因此，在DICOM作為醫學圖像與通信的重要標準中，加入了對圖像壓縮算法的支持。

1 DICOM醫學圖像壓縮技術介紹

圖像壓縮目的是盡量減少表述數字圖像時需要的數據量。通常是通過改變圖像的表示方式來達到的，因此壓縮和編碼是分不開的。第一代圖像壓縮編碼主要是基于信息論的編碼方法，壓縮比較小。其中變換壓縮編碼與量化壓縮編碼是當時的研究熱點。變換壓縮編碼是通過對圖像進行正交變換，然后通過量化去除對視覺影響不大的高頻分量，再采用行程編碼或哈夫曼編碼達到壓縮效果。按照正交變換的不同，常用的變換壓縮編碼又分為Karhunerr Loeve變換，離散余弦變換，離散哈德瑪變換，離散斜變換等，由于離散余弦變換壓縮編碼算法具有編碼效果較好、運算復雜度適中等優點，目前己經成為國際圖像編碼標準的核心算法。

近年來，出現了許多新的編碼算法，如基于對象(Object-Based)的算法、基于模型(Model-Based)的算法、人工神經網絡 (Artificial Neural Network)的算法、小波(Wavelet)算法等等。

2 DICOM醫學圖像壓縮的實現

首先，將DICOM文件中的圖像部分提取出來，轉換為BMP這種通用格式的文件。然后，將DICOM文件中的非圖像信息部分存儲到文本文件中，將非壓縮的BMP圖像轉換為JPEG標準的壓縮圖像，將JPEG標準的圖像和非圖像信息部分封裝到DICOM格式圖像中去。其壓縮流程如圖1所示。

圖1 圖像壓縮流程Fig.1 Image compression flow chart

2.1 DICOM非像素信息部分的提取

根據對DICOM圖像文件結構的解析，我們知道DICOM圖像文件的數據元素中包含了大量的非圖像信息，這些在DICOM標準的PS3.6部分可以查到。數據元素包括了標簽、數據類型、數據長度、數據值域等內容，標簽在數據元素的最開始位置，唯一標志了數據元素，因此可采用查找標簽的方法來確定數據元素。本文采用的思路是首先建立數據元素的字典，然后讀取DICOM文件，跳過文件頭，取得數據元素的入口地址，開始查找標簽并與數據字典中的標簽比對，找到相應的VR字段，確定傳輸語法，并根據數據長度VL取出相應字節數，最后根據傳輸語法及VR來確定該元素的值，這是一個循環遍歷過程，直到查找完最后一個數據。

(1) 數據字典的建立

首先，定義一個結構體變量：

然后定義一個結構體變量的數組，按照DICOM標準的PS3.6部分制作數據字典：

數據字典中的最后一個元素是以{0 x 0000,0x0000,”