Verlustfreie Komprimierung von DICOM Bildern 100 30 % 10 %

Verlustfreie Komprimierung von DICOM Bildern
DICOMZIP ist ein neues Verfahren zur verlustfreien Komprimierung digitaler
medizinischer Bilder, nach dem Prinzip der adaptiven LZW-JPEG Bildkomprimierung.
Entwickelt von Deutschlands Spitzenforschungs-Zentrum im Hightech Bereich rund
um das Internet, dem mit der Fraunhofer Gesellschaft verbundenen Institut für
Telematik in Trier, setzt DICOMZIP mit seinen hohen – verlustfreien Komprimierungsraten neue Standards in der Komprimierung von DICOM Bildern.
DICOM Bild
(Orginalgröße)
Einsparungseffekte:
100
! Speicherplatzbedarf wird
reduziert
DICOMZIP
(effektiv)
30 %
! Übertragungszeit im
Internet / Intranet wird
verkürzt
Verbesserung zu WinZip
i.d.R. um Faktor 3
10 %
Die mit DICOMZIP komprimierten Bilder inkl. der von DICOMZIP generierten und
mitgespeicherten Servicetools (Bild-Schnellansicht, Patientendaten-Schnellansicht/
Bildparameter, Komprimierungsbericht) haben in der Regel eine Größe von nicht
mehr als 10% bis 30% des Orginalbildes (Faktor 1:10 bis 1:3). Die maximal
erzielbare verlustfreie Komprimierung richtet sich dabei u.a. nach der Art (CT, CR,
DS usw. ), dem Bildinhalt (Hintergrundanteil) und der Qualität des Orginalbildes.
Die Zielsetzung von DICOMZIP
Die digitale Bildverarbeitung im Gesundheitswesen ist durch außerordentlich hohe
Datenmengen pro Bild bzw. Bildsequenz, einem hohen Bedarf an Speicherplatz und
nach wie vor inakzeptabel langen Übertragungszeiten sowohl im Bereich der
Unfallmedizin
als
auch
beim
Outsourcing
medizinischer
Datenarchivierung
gekennzeichnet. DICOMZIP wurde gezielt für die Anwendung in der medizinischen
Bildverarbeitung entwickelt, mit dem Ziel, diese Mängel abzustellen und gleichzeitig
den hohen Anforderungen in der Telemedizin mit Blick auf Geschwindigkeit und
Bildqualität Rechnung zu tragen. So läßt sich ein mit DICOMZIP komprimiertes Bild
um 70% - 90% schneller über das Internet versenden (Geschwindigkeit) und
verursacht
einen
im
gleichen
Maße
verringerten
Speicherplatzbedarf
(Kostenreduzierung).
Nutzer und Anwendungsfelder von DICOMZIP
Radiologie
Kliniken
Computertomographie
Kernspintomographie
Niedergelassene
Nuklearmedizin
> Ärzte,
Sonographie
> insbesondere
Radiologen
Archivierung
Krankenhausinformationssysteme
Übertragung
> Internet
> Intranet
Radiologieinformationssysteme
Telemetrie
PACS
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DICOMZIP Features
A. Kurze Lieferzeit
-
Kostenlose 30 Tage Testversion auf Anfrage
-
Bestellung durch E-mail an [email protected]
B. Einfache Installation und hohe Kompatibilität
-
integrierter Installationsmanager
-
DICOMZIP ist in Java programmiert
C. Unkomplizierte Komprimierung und Dekomprimierung
-
keine Einarbeitungszeit
-
System verarbeitet alle DICOM Formate
D. Bedienerfreundliche Anwendung
-
Datei Explorer
-
Bild Schnellansicht
-
Komprimierungsbericht mit jeder Komprimierung und Dekomprimierung
-
Separat verfügbare Bildparameter und Patientendaten
E. Automatische Bildanalyse und Berechnung des optimalen (verlustfreien)
Komprimierungsfaktors anhand von Datei-Typ, Bildinhalt und Bildqualität
-
Komprimierungsraten zwischen 1:3 bis 1:10
-
Mathematisch verlustfreie Komprimierung der Befund relevanten
Bildinformationen (siehe auch Funktionsprinzip)
F. Erhalt des Orginalbildes, bis zur separaten Löschung durch den Benutzer
-
Unbeabsichtigtes löschen von Originaldateien während Komprimierung und
Dekomprimierung ausgeschlossen
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DICOMZIP Screenshots
Datei Explorer /
Bildansicht
Komprimierungsbericht
Bild- / Patientenparameter
-4-
Das Funktionsprinzip des DICOMZIP Kompressors
1. Zuerst wird das Originalbild in zwei Bilder aufgeteilt. Das erste Bild besteht aus
den höchsten Bit-Ebenen des Originalbildes, das zweite Bild besteht aus den
niedrigsten Bit-Ebenen des Originalbildes. Die Einteilung der Bit-Ebenen in die
zwei
Klassen
erfolgt
aufgrund
der
Segmentparameter für jede Bit-Ebene.
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Analyse
des
Mittelwertes
der
2. Im zweiten Schritt wird das erste Bild analysiert und daraus eine Einteilung des
zweiten Bildes in zwei Bereiche abgeleitet, wobei der erste Bereich die
Informationen zum eigentlichen Untersuchungsobjekt (Region des Interesses)
beinhaltet und der zweite Bereich ohne jedes Interesse für die Diagnose ist, da er
keinerlei wichtige Bildinformationen beinhaltet.
3. Im dritten Schritt wird das erste Bild mittels des LZW-Verfahrens (GIF), also
verlustfrei komprimiert. Das zweite Bild wird mittels des JPEG-Verfahrens kodiert.
Dabei wird der erste Bereich des zweiten Bildes verlustfrei (und folglich mit einem
kleineren Kompressionsfaktor) komprimiert während er zweite Bereich mit der
uninteressanten Information mit einem großen Kompressionsfaktor komprimiert
wird.
4. Zum Abschluß werden die bei der Kompression erzeugten LZW-Daten und
JPEG-Daten zu einer Datei kombiniert, die sämtliche komprimierten Bilddaten
beinhaltet.
Die Effektivität des DICOMZIP Kompressors wurde mittels einer statistischen
Modellierung bewertet. Dazu wurden DICOM-Bilder verschiedener Hersteller
radiologischer
Geräte
(Siemens,
Philips,
u.a.)
und
unterschiedlicher
Anwendungsfelder mit dem DICOMZIP Kompressor verarbeitet und mit den
Ergebnissen herkömmlicher Verfahren verglichen.
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Kompressionsraten digitaler Bilder im Vergleich (PSNR > 40dB):
Computer-
Kernspin-
tomographie
tomographie
(CT)
(MR)
Sonographie
Nuklear-
Radiologie
medizin
(US)
Substrakt.angiograph.
(NUK)
(CR)
(DS)
LZW
1.3 : 1
1.5 : 1
1.8 : 1
1.5 : 1
1.4 : 1
1.4 : 1
Huffman
1.4 : 1
1.7 : 1
1.6 : 1
1.5 : 1
1.7 : 1
1.7 : 1
Arithmetik
1.4 : 1
1.6 : 1
1.5 : 1
1.4 : 1
1.6 : 1
1.6 : 1
JPEG
4:1
4:1
5:1
3:1
5:1
5:1
Wavelet
5:1
4:1
6:1
3:1
6:1
6:1
Fraktal
5:1
4:1
4:1
4:1
5:1
5:1
VQ
4:1
4:1
4:1
4:1
4:1
4:1
DICOMZIP -
7:1
7:1
20 : 1
6:1
12 : 1
12 : 1
Kompressor
Keine sichtbare Verzerrung zum Originalbild und Erfüllung des PSNR-Kriterium (gem. Peak-Signal-to-Noise-Ratio müssen
die acht höherwertigen Bit-Ebenen des Originalbildes und des dekodierten Bildes Werte größer als 40dB als Mindestwert aufweisen).
Die oben stehenden Werte geben ausschließlich das Kompressionspotential des
DICOMZIP Kompressors im Vergleich mit anderen Komprimierungsverfahren
wieder und beziehen sich auf die Verarbeitung der reinen Bildinformationen. Dabei
sind die von DICOMZIP zusätzlich generierten Servicefeatures (Bild-Schnellansicht
usw.), die die Dateigröße entsprechend erhöhen, noch nicht enthalten.
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Systemanforderungen
Betriebssystem:
Windows 2000, NT 4.0, ME, 98, 95
(Linux,
Unix
u.a.
auf
Anfrage
/
kundenspezifische
Programmierung)
Dateiformate:
DICOM 3
Prozessor:
min. 300 MHz / optimal ab 600MHz.
Arbeitsspeicher:
min. 64 MB RAM (für Windows 2000, 98 und 95)
min. 128 MB RAM (für Windows NT 4.0 und ME)
Freier Fest-
min. 500 MB
plattenspeicher:
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Über uns
Das Institut für Telematik (www.telematik-institut.de) befasst sich mit Forschungsund Entwicklungsprojekten auf dem Gebiet der Telematik mit Schwerpunkten in den
Kompetenzbereichen
-
Telemedizin,
-
Internet/Intranet,
-
Electronic Publishing,
-
Sicherheit in offenen Datennetzen sowie
-
Systementwurf und -analyse.
Das Institut unterhält
Kooperationen mit der Universität Trier, der Fraunhofer
Gesellschaft München, der TU München u.a.m., sowie Projektpartnerschaften mit
namhaften Unternehmen wie ZFE Siemens AG, DG Bank, Dresdner Bank und
weiteren namhaften Unternehmen.
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Kontaktinformationen
Institut für Telematik
Bahnhofstraße 30-32
54292 Trier
Tel. (0651) 97551-0
Fax (0651) 97551-12
www.telematik-institut.de
[email protected]
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ANLAGE – Performance Referenzen
Als adaptives Verfahren berechnet DICOMZIP für jedes zu komprimierende DICOM Bild den optimalen (verlustfreien) Komprimierungfaktor. Dazu werden Dateityp,
Bildinformationen und Bildqualität bildspezifisch analysiert. D.h. für jedes Bild ergibt
sich ein individueller Komprimierungsfaktor. Neben der Eingangs dargestellten
Spanne von 1:10 bis 1:3 sollen Ihnen die nachstehenden Beispiele aus der Praxis,
einen weiteren Einblick in die mit DICOMZIP erzielbaren Komprimierungsfaktoren
ermöglichen.
DICOM - Original
9.980 KB
DICOMZIP
2.184 KB
(21,9 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:5
6.556 KB
807 KB
(12,3 %)
Kompressionsfaktor
1:8
- 11 -
DICOM – Original
DICOMZIP
8.380 KB
631 KB
(7,5 %)
Kompressionsfaktor
1 : 13
DICOM – Original
7.370 KB
DICOMZIP
1.044 KB
(14,2 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:7
1.680 KB
290 KB
(17,3 %)
Kompressionsfaktor
1:6
- 12 -
DICOM – Original
DICOMZIP
514 KB
92 KB
(17,9 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:6
134 KB
39 KB
(29,1 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:3
2.050 KB
232 KB
(11,3 %)
Kompressionsfaktor
1:9
- 13 -
DICOM – Original
2.052 KB
DICOMZIP
433 KB
(21,1 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
1:5
19.028 KB
DICOMZIP
4.293 KB
(22,6 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:4
1.493 KB
305 KB
(20,4 %)
Kompressionsfaktor
1:5
- 14 -
DICOM – Original
DICOMZIP
513 KB
53 KB
(10,3 %)
Kompressionsfaktor
1 : 10
DICOM – Original
512 KB
DICOMZIP
150 KB
(29,3 %)
Kompressionsfaktor
DICOM – Original
DICOMZIP
1:3
512 KB
83 KB
(16,2 %)
Kompressionsfaktor
1:6
- 15 -