Download compresión de imágenes medicas basado en regiones de interés

Leandro Gonzalez
Julián Muro
Mariana del Fresno
Rosana Barbuzza
PLADEMA, Fac. Ciencias Exactas
Universidad Nacional del Centro
de la Provincia de Buenos Aires
Tandil, Argentina
Agenda
o Digitalización de imágenes médicas
o Compresión de imágenes
o Estándares de compresión JPEG 2000 y MPEG-4
o El estándar DICOM
o Regiones de interés
o Herramienta desarrollada
o Casos de estudio - resultados
o Conclusiones
Digitalización de imágenes
médicas
o Grandes volúmenes de datos y problemas de
almacenamiento y transmisión
o Necesidad de almacenar adecuadamente los estudios y
mantenerlos accesibles
o Desarrollo de técnicas para almacenamiento de la
información  técnicas de compresión de imágenes,
estándares
o Compresión vs. Calidad de imagen,
Costo computacional
Compresión de imágenes
o Modalidades digitales: MRI, CT, RX…
o Compresión sin pérdida
o Compresión con pérdida
o Imágenes volumétricas: redundancia intraframe - interframe
o Compresión con regiones de interés (ROI):
codificando sin pérdida la ROI y con pérdida el resto
de la imagen se logra mayor reducción de tamaño
El estándar JPEG 2000
o Etapas del proceso de compresión:
o Extensiones:
• Corrección y detección de errores en la transmisión
• Codificación de Regiones de Interés con mayor calidad
• Fragmentación (tiling) para sistemas con poca capacidad
de memoria
El estándar MPEG-4
o Estándar de compresión de audio y video digital
o Detección de objetos audio-visuales (AVO)
o Predicción de animaciones
o Organización de tramas
o Compensación de movimiento: detección, codificación y transmisión
de las diferencias entre frames
o Sincronización de audio y video
Frames:
I-Frame - intraframe
P-Frame - predictivo
B-Frame - bi-predictivo
El estándar DICOM
o Creado por National Electrical Manufacturers Association (NEMA)
o Diseñado para el manejo, transmisión, almacenamiento e impresión
de imágenes médicas digitales
o Formato de archivo único independiente del tipo de imagen
o Facilita la interacción entre equipos que conforman el sistema PACS
Modelo de
información
DICOM
Herramienta desarrollada
Características
o Provee facilidades para la compresión de modalidades médicas que
permiten crear archivos DICOM para el almacenamiento de estudios
MRI, CT y otras modalidades monocromáticas
o Parametriza los atributos que tengan efecto sobre la compresión
(tamaño de bloque Clbk, el bitrate, formatos de descompresión, etc.)
o Permite la definición de regiones de interés con JPEG 2000 y el
empaquetamiento de estudios 3D con Motion JPEG 2000 y MPEG-4
o Utiliza dcm4che (implementa el estándar DICOM y ofrece acceso a utilidades
como jpg2dcm o mpg2dcm) y otras herramientas de software libre
o Ofrece visualización de la imagen en distintos cortes y rendering 3D
o Permite integración con la infraestructura existente
Herramienta desarrollada
Parámetros
Herramienta desarrollada
Selección de la región de interés
Herramienta desarrollada
Visualización de la imagen
Herramienta desarrollada
Visualización de la imagen
Caso de estudio: MRI
o MRI - tumor cerebral
o Tramas: 181
o Dimensión de corte: 256 x 256 pixels
o Tamaño total: 22.6 MB
o Resultado:
o Compresión sin pérdida
o Tamaño: 13.4 MB
o Tasa de compresión: 1.69:1
o Visualmente indistinguible
de la imagen original
Caso de estudio: MRI
o Resultados de compresión con JPEG-2000:
• ROI definida sobre el tumor (sin pérdida)
• Compresión con pérdida fuera de la ROI
Cblk
8
32
Rate
Compresión
1
15.92:1
SNR
-3.18
MSE
20783.92
Aceptabilidad
Pérdida de contexto
2
7.96 : 1
16.83
2073.15
Buena
4
3.99 : 1
25.35
777.51
Aceptable
8
2.00 : 1
50.73
41.82
Muy Buena
2
7.99 : 1
-2.46
19126.5
Distorsión
4
4.00 : 1
19.36
1560.42
Aceptable
8
2.00 : 1
48.29
55.41
Muy Buena
Caso de estudio: MRI
Rate= 1 Cblk= 8
(16:1)
Rate= 8 Cblk= 32
(2:1)
Caso de estudio: MRI
o Resultados de compresión con MPEG-4:
Cblk
Rate
Compresión
Motion JPEG 2000
Compresión
MPEG-4
8
4
4.00:1
4.28:1
8
2.00:1
4.33:1
4
4.01:1
4.33:1
8
4.33:1
4.33:1
32
Caso de estudio: CT
o Tomografía computarizada
o Tramas: 461
o Dimensión: 512 x 512 pixels
o Tamaño total: 230 MB
o Resultado:
o Compresión sin pérdida
o Tamaño: 60.3 MB
o Tasa de compresión: 3.81 : 1
Caso de estudio: CT
o Resultado de compresión con JPEG 2000:
o Compresión con pérdida
o ROI definida (Región señalada)
Cblk
8
32
Rate
Compresión
Aceptabilidad
2
7.99 : 1
Aceptable
4
3.99 : 1
Muy Buena
8
3.37 : 1
(Tasa inferior a ´sin pérdida´)
2
7.99 : 1
Aceptable
4
4.00 : 1
Muy Buena
8
3.79 : 1
(Tasa inferior a ´sin pérdida´)
Caso de estudio: CT
Imagen Original
Tamaño: 230 MB
Cblk: 8 - Rate: 4
Tamaño: 57.6 MB
(3.99:1)
Caso de estudio: CT
o Resultados de compresión con MPEG-4:
Cblk
8
32
Rate
Compresión
Motion JPEG-2000
Compresión
MPEG-4
4
3.99:1
63.11:1
8
3.37:1
63.11:1
4
4.00:1
63.11:1
8
3.79:1
63.11:1
Conclusiones
• La herramienta para compresión de imágenes médicas presentada
es compatible con DICOM y permite la codificación sin pérdida de
regiones de interés diagnóstico y con pérdida el resto de la imagen,
utilizando las facilidades provistas por JPEG 2000
• Se presentó una adaptación para la compresión de las sucesivas
secciones transversales a partir de la estrategia de compensación de
movimiento utilizada por compresores de video como MPEG-4
• La aplicación puede incorporarse sobre terminales de trabajo para el
acceso a los estudios médicos almacenados en PACS o bases de
datos integradas con los HIS/RIS
• Variando parámetros de los algoritmos analizados, se evaluaron
distintos estudios de MRI y CT, obteniendo tasas de compresión y
calidad con resultados aceptables
¿Preguntas?