DICOM标准图像有损压缩与无损压缩图像的图像质量对比研究
数字化医学图像庞大的信息量和储存空间以及高昂的储存费用一直困扰着各家使用数字化医学图像储存的医院。另外，数据量庞大的数字化图像在网络上传输时所占用的巨大的带宽和缓慢的传输时间，也一直是PACS系统设计中头痛问题。因此如何降低数字化医学图像的储存空间和储存费用，以及减少数字化医学图像在网络上传输的数据量和加快网络传输速度。已经显得越来越重要。对数字化图像进行数据压缩可以大大减少数字化图像的数据量，并且有损压缩的效果要明显高于无损压缩。DICOM标准协议中包含了图像数据压缩的内容。但对于非常严肃的医学影像领域，却最多还停留在无损压缩的程度，而对于采用具有更大压缩比的有损压缩，目前还有争议。
本文探讨有损压缩在医学影像领域应用的可行性，对DICOM格式医学图像的有损压缩与无损压缩的图像质量进行了对比研究。
一材料方法
机器设备
上海岱嘉医学影像系统有限公司的PACS系统。ADV影像工作站。BARCO公司的高亮度高分辨率MGD521型专业医用竖屏双屏显示器2组(分辨率2048×2560)，以及所附BARCO公司的高亮度高分辨率的5MP2专业双头显卡。柯达公司的计算机放射成像系统CR仪ACR2000I。柯达公司的X射线专用胶片数字化仪LS40。GE公司的数字化胃肠机; 飞利浦公司的数字化胃肠机; GE公司的DSA; GE公司的0.5T和1.5T的MRI; HIGHSPEED和LIGHSPEED的螺旋CT。
软件
上海岱嘉医学影像系统有限公司的PACS系统工作站软件UniSight 3.0/ADV 2.5版本和PACS系统服务器软件POP-NetServer。
图像资料
从2001年4月至今我院PACS系统中取得的DICOM3.0格式的图像共2000幅，其中胸部CR图像1000幅，骨骼系统的CR图像250幅，骨骼系统的扫描图像(专用X射线胶片扫描机)共250幅，消化道钡餐造影共500幅。
DICOM图像压缩方案
DICOM标准协议中包含了图像压缩的内容，DICOM标准中运用的压缩标准主要是JPEG(Joint Photographic Expert Group)标准。我们采用的PACS系统也运用了这一方法。
我们通过PACS的系统软件，对所获得的2000幅DICOM图像分别进行了三种压缩比的DICOM压缩处理。压缩比分别无损压缩(压缩比3∶1)，标准有损压缩(压缩比10∶1)和高压缩比的有损压缩(压缩比20∶1)。
读片评片
由两位医生参与读片评片。用肉眼评判比较无损压缩与标准有损压缩的图像质量差异，无损压缩与高压缩比有损压缩的图像质量差异。
整个评片过程采用双盲法，即DICOM的无损压缩图像和相应的两种压缩比的有损压缩图像分别被随机显示在两个相同的及相邻的高分辨率专用医学影像显示器上，而读片者事先无法知道哪台显示器上显示的图像是有损压缩或无损压缩的。让读片者判定两台显示器显示的图像有无差异，哪台显示的图像质量更好，是否影响诊断，并作记录。最后对统计的结果进行统计分析。
二结果
对读片者用肉眼评比的图像质量的结果进行统计，结果如表1、表2所表示。若有损压缩的图像质量与无损压缩的图像质量相同，即无法区分两者之间的图像质量差异，用“0”表示。若有损压缩的图像质量低于无损压缩的图像质量用“－”表示，若高于无损压缩图像质量用“＋”表示。有损压缩的图像质量低于有损压缩的图像质量并注明图像质量的差异是否影响诊断。
从表1知，经对甲乙两医生读片结果进行统计后发现有1947幅的图像是“0”，即两者图像质量相同。占97.35%。另外有25幅图像为“＋”及“＋＋”，这可能是读片误差所致，但至少可以认为这些有损压缩的图像质量在肉眼视觉上不低于无损压缩的图像质量。另外有28幅图像为“－”及“－－”，即有损压缩的图像质量低于无损压缩的图像质量，但两位读片者都认为这些图像不影响诊断。
从表2知，经对甲乙两医生读片结果进行统计后发现有1727幅的图像是“0”，即两者图像质量相同。占86.35%。另外有4幅图像为“＋”及“＋＋”，这可能是读片误差所致，但至少可以认为这些高比率有损压缩的图像质量在肉眼视觉上不低于无损压缩的图像质量。另外有269幅图像为“－”及“－－”，即高比率有损压缩的图像质量低于无损压缩的图像质量，但两位读片者都认为这些图像不影响诊断。
三讨论
通过以上结果可以得出这样一个结论: 人肉眼无法区分DICOM无损压缩(压缩比为3∶1)及DICOM标准压缩比(10∶1)有损压缩的图像质量，甚至较难区分部分高压缩比(20∶1)的DICOM有损压缩的图像，即在视觉上无法分辨。因此DICOM有损压缩的图像完全可以运用到临床影像诊断中去，即DICOM图像适度的有损压缩不会影响临床诊断。
DICOM有损压缩图像在储存空间及网络传输时间上和无损压缩的图像相比有很大的优势。我院的PACS系统上DICOM图像压缩有三个方案: 即无损压缩、标准压缩比有损压缩、高压缩比有损压缩。DICOM原始图像到DICOM无损压缩图像的压缩比为3∶1，到标准压缩比的DICOM有损压缩的图像的压缩比为10∶1，到高压缩比的DICOM有损压缩的图像的压缩比为20∶1。即一幅10MB大小的数字化CR胸片图像，转为DICOM无损压缩格式的图像大小为3~ 4MB，在100M网络上的传输时间为0.4~0.5s左右; 转为DICOM标准压缩比压缩格式的图像大小为1MB左右，在100M网络上的传输时间为0.13s左右; 转为DICOM高压缩比压缩格式的图像大小为500kB，在100M网络上的传输时间为0.067~0.08s左右。可见有损压缩可以较大程度上地减少图像的数据量，节约图像的储存空间和储存费用。并可提高网络传输速度。
医疗行为是非常严肃的行为，虽然DICOM有损压缩图像可以带来较大的压缩比，并且对于用肉眼进行的医学影像诊断的医疗行为来说并无任何影响，即“无视觉损失”，但从理论上来说图像被有损压缩了，有部分视觉上无法分辨的图像信息被丢失了。在某些发达国家，有损压缩有时还会引起法律和医疗问题。因此合理地谨慎地使用DICOM有损压缩图像，以及合理地选择DICOM有损压缩的压缩比。对于PACS储存方案设计是非常重要的。我院对于这个问题是如下解决的。
为了确保临床医疗质量和医学影像报告的准确性，在医学影像科内部进行影像学诊断和供门急诊及病房临床医生近期在线调阅的DICOM图像是使用压缩比(3∶1)的无损压缩格式。即PACS在线数据库内保存的3个月以内的在线图像是无损压缩的。
为了减少PASC图像的在线储存空间和降低在线储存费用，同时又能为临床提供优质的绝不影响临床诊断的DICOM在线图像，供临床医师随时调用，我们采用的是标准压缩比(10∶1)的有损压缩方案。即PACS在线数据库保存的3个月以上到18月内的DICOM图像是采用标准压缩比的DICOM图像。
为了避免医疗纠纷，和从对病人认真负责的角度出发，我们脱机永久保存的医学图像是采用标准压缩比3∶1的无损压缩的DICOM图像格式，使用媒质为DVD-R光盘。
对于将来院外远程医疗时传输的医学图像，可根据远程医疗网络带宽的实际情况采用高压缩比(20∶1)有损压缩的DICOM图像，或标准压缩比(10∶1)有损压缩DICOM图像。
四结论
就医学影像诊断的图像质量来说，医学DICOM标准有损压缩的图像质量，与DICOM无损压缩的图像质量无统计学差异，即无任何视觉上的差异。因此DICOM有损压缩的图像完全可以被应用于医学影像的诊断。
DICOM有损压缩图像可以大大减少图像的储存空间，可以大大降低图像的储存费用，带来可观的经济效益。并且由于图像的数据量大大减少，因此对于图像在PACS网络上传输的信息量大大减少，大大减轻的大批量图像传输时对网络的压力。也可大大减少图像传输的时间。这对于网络带宽本来不是很宽的远程医学图像会诊时尤为重要。
但为了避免医疗法律纠纷和从对病人认真负责的角度出发，应合理地谨慎地使用DICOM有损压缩图像及合理地选择DICOM有损压缩的压缩比。希望我院的设计方案可以给大家提供一定的借鉴。 十分感谢楼主 谢谢楼主分享
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