CN101336842A - Jpeg2000医学图像的自适应提取与显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种JPEG2000医学图像的自适应提取与显示方法，它利用JPEG2000压缩算法的优良特性，采用图像重要数据优先编码方式，客户端根据网络带宽资源、图像浏览布局以及临床医生操作信息，自适应实时调整图像提取显示方式，改进当前图像提取显示模式，分步骤、高效率的为临床医生提供高清晰图像。该方法在网络带宽不稳定或存在瓶颈的情况下，临床医生仍能快速获取病人图像，及时得到高清晰病人图像，从而提高医生的诊断效率，在有限的医疗条件下，为更多的病人服务。
Description
技术领域：
本发明涉及信息通讯、计算机及医疗技术领域，特别是指基于JPEG2000标准的医学图像自适应提取与显示方法。
背景技术：
随着数字化影像技术的快速发展，医学图像归档与通信系统(PACS)统在图像存储、传输及显示方面的问题也开始逐步显现。在各种临床诊断、治疗中产生的医学影像的体积越来越大，例如一幅CR/DR X光胸片数字图像约为10MB；常规CT图像，一个病人系列往往有数十、上百幅图像，达数十MB，而多排CT图像(心脏)检查则更是有近千幅(约1GB)。在医院中，PACS系统存储管理的图像以海量方式递增(如一个三甲1000个病床的医院，PACS图像增加量约为3-5TB/年)，这使得医学图像长期存储的成本极高；同时，各个医院之间进行影像信息共享交换、远程会诊等临床活动，对网络带宽资源的需求也逐渐变大。
医院PACS服务器的数据处理以及网络传输负担很重，成为PACS系统运行时的性能瓶颈，从而影响了影像报告工作站提取显示病人图像的性能，增加了医生临床诊断提取显示图像的等待时间，这在很大程度上浪费了有限的医疗资源。目前在医院中使用的PACS，其影像报告工作站的提取显示方式，都只是根据图像存储方式进行数据提取并显示，或者应用“挂片协议”(HangingProtocol)记录医生对象图像系列的布局、显示灰度等习惯为医生节约常规操作。这些系统，都没有考虑到当前病人图像提取时的PACS系统实时运行状况以及临床医生的实时审片需求，无法从根本上解决图像的快速提取显示问题。
发明内容：
综上所述，如何克服已有技术的不足，在现有PACS系统之上，设计出一种能在网络可用带宽资源不稳定或者不足的情况下，对高分辨率医学图像进行高效、快速、实时地传输与显示的方法，是本发明所要解决的技术问题。本发明的目的在于提供了一种基于JPEG2000压缩标准的自适应医学图像提取与显示方法，其特点是：充分利用JPEG2000压缩算法的优良特性，采用图像重要数据优先编码方式，客户端根据网络带宽资源、图像浏览布局以及临床医生操作信息，自适应实时调整图像提取显示方式，改进当前图像提取显示模式，分步骤、高效率的为临床医生提供高清晰图像。该方法在网络带宽不稳定或存在瓶颈的情况下，临床医生仍能快速获取病人图像，及时得到高清晰病人图像，从而提高医生的诊断效率，在有限的医疗条件下，为更多的病人服务。
本发明的技术方案是：
本发明提出的一种基于医学图像JPEG2000压缩标准的自适应图像提取与显示方法，运用到PACS图文显示工作站中。客户通过图文显示工作站从PACS服务器查询提取病人图像，如果该病人图像是JPEG2000格式的，则采用本发明的自适应图像提取与显示方法，根据网络可用带宽情况、图像浏览布局方式以及临床医生操作信息，自动设计图像最佳提取显示方案，通过HTTP方式从PACS服务器提取JPEG2000图像数据码流，进行解压并显示。
本发明应用客户/服务器(Client/Server，C/S)模式，医学DICOM图像JPEG2000压缩码流数据由PACS服务器遵循HTTP协议传送到图文报告显示客户端。PACS服务器和客户端之间可用高速局域网或者低速广域网甚至是互联网(Internet)连接，压缩图像码流可在PACS服务器和显示客户端之间交互式地传输。
由于JPEG2000图像本身的解压时间较长，为优化图像提取显示性能，本发明方法的设计基于网络数据传输速度，分为两种工作模式：
1.高速网络工作模式。在该模式下，客户端近似于本地读取图像，数据传输不是系统瓶颈，而图像的解压显示资源开销上升为主要原因，因此可以采用JPEG2000传统解压显示方法。
2.低速网络工作模式。在该模式下，图像数据传输效率上升为系统瓶颈，而图像的解压和显示开销与之相比几乎可以忽略。因而，如何有效的解压已经接收到的图像压缩数据，进行高质量图像显示，是本发明亟需解决的问题。
本发明提出的一种基于JPEG2000压缩标准的交互式医学图像自适应提取显示方法，其步骤包括：
(1)请求DICOM头信息：客户端向PACS服务器发起获取DICOM头信息请求，并根据所请求图像系列的唯一标识符(Series UID)，通过HTTP方式从PACS服务器下载该系列的全部图像DICOM头信息数据，对每幅图像进行DICOM解析，并创建独立的图像(Image)对象；
(2)请求JPEG2000语法信息：对JPEG2000压缩图像，客户端每个图像(Image)对象通过HTTP方式从PACS服务器提取JPEG2000语法信息数据，并解析获得JPEG2000图像信息。
(3)初始低质量图像预览：显示客户端解析JPEG2000语法信息获得压缩图像的质量层和分辨率级数，并且根据图文显示工作站当前的图像显示布局以及PACS服务器与客户端的网络可用资源情况，计算获得初始低质量图像所需的数据量，从服务器提取码流数据进行解压并显示，并保存当前的解压的状态，供步骤(4)使用。
(4)后续高质量图像显示：客户端对当前显示屏幕上的图像进行后续码流提取解压显示，获得更高质量的图像。
(5)完整质量图像显示：用户进行病理诊断时，需要得到完整质量的显示图像。在网络速度较快的情况下，客户端会自动逐步提取当前显示屏幕的后续码流，最终得到完整质量的显示图像；在网络速度极慢的情况下，当客户端操作导致图像需要放大显示时，该发明方法根据当前的显示布局和图像显示状态，自动提取当前显示屏幕的后续码流进行解压更新，使得图像显示质量满足当前显示条件，直至获得完整质量的图像。
本发明的效果：
本发明充分利用了JPEG2000压缩算法的高压缩率、分辨率可伸缩性以及质量可伸缩性，使得客户端可以根据图文显示工作站的图像浏览布局方式、网络带宽资源以及用户操作信息，快速获取低质量的初始图像，并逐步获得高质量的后续图像，从而缓解PACS系统在数据传输和显示方面的压力。
目前国内互联网的数据传输速度还比较慢。即便在医院内部，在多用户同时使用的情况下，局域网的传输速度也通常只有1MB/s。假设网速为1MB/s，医生提取一幅完整无压缩的CR X光图像(一般在10MB)，仅用于数据传输就需要10Sec，加上处理显示时间，一般可能需要11-13Sec，这样在很大程度上影响了医生的审片效率(医生的容忍时间一般为5-8Sec)。如果对图像进行质量渐进方式压缩，压缩图像大小只有3MB左右，再应用图像自适应渐进提取显示方式，则只需要5％的数据量，约150KB，便能获得清晰的图像。此时，数据传输所需时间不到1秒，即使加上解压显示时间，也只需要2、3秒钟。这极大的缩短了审片医生的等待时间，从而能够有效的提高远程会诊的质量。如果网络数据传输速度更慢的时候，该发明的优势会愈加明显。
附图说明：
图1为本发明的图像自适应提取显示方法模块图。
图2为本发明的新图像提取流程图。
图3为本发明的图像后续更新流程图。
图4为本发明的图像解压数据流程。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1所示实施例中，自适应显示系统图像解压与医生的操作信息交互，显示、处理模块响应用户在显示界面的操作信息，系统针对JPEG2000图像设计专门的显示策略控制模块，动态调整当前图像的码流提取解压步骤。JPEG2000自适应解码模块与JPEG2000码流提取模块通过共享码流缓冲区进行数据通信，前者根据显示策略从共享缓冲区提取图像码流数据进行解压，后者通过HTTP从PACS服务器提取码流数据，放入共享缓冲区中。
在图2所示实施例中，用户进行新图像提取，客户端从PACS服务器提取图像DICOM头信息并创建新图像对象，接着从PACS服务器提取图像JPEG2000语法信息，接着根据图文工作站的图像浏览布局方式、网络带宽资源以及压缩图像信息，制定当前的图像提取显示策略，接着根据提取显示策略，分步骤的从PACS服务器下载图像、解压并刷新显示，当前策略的解压结束后，客户端获得初始显示图像，并进入图像后续更新流程。
在图3所示实施例中，用户对当前已存在的图像进行界面操作，假如用户进行界面操作(譬如进行图像显示放大操作等)，系统自动实时地响应用户操作信息，假如当前操作满足图像后续更新条件时，系统根据图文工作站当前的图像浏览布局方式、网络带宽资源以及压缩图像信息，自动制定当前的图像提取显示策略，接着根据提取显示策略，分步骤的从PACS服务器下载图像、解压并刷新显示，当前策略的解压结束后，假如图像尚未完整解压结束，则再次进入后续更新流程；否则，结束对图像的后续更新。
在图4所示实施例中，每个图像对象都有独立的图像状态存储模块，初始时状态存储模块将当前显示变化参数传递给图像下载模块和解压策略控制模块。解压策略控制模块为图像解压模块提供了多个解压渐显步骤，图像下载模块根据图像的状态信息从PACS服务器下载当前图像后续更新所需的图像数据，放入到共享缓冲区。图像解压模块从共享缓冲区读取码流数据进行解压，并更新保存图像状态信息。当图像下载量无法满足当前解压数据要求时，图像解压模块可以通过图像续传控制模块通知图像下载模块继续下载图像数据。
Claims (1)
1.一种JPEG 2000医学图像的自适应提取与显示方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)请求DICOM头信息：客户端向PACS服务器发起获取DICOM头信息请求，并根据所请求图像系列的唯一标识符，通过HTTP方式从PACS服务器下载该系列的全部图像DICOM头信息数据，对每幅图像进行DICOM解析，并创建独立的图像对象；
(2)请求JPEG2000语法信息：对JPEG2000压缩图像，客户端每个图像对象通过HTTP方式从PACS服务器提取JPEG2000语法信息数据，并解析获得JPEG2000图像信息；
(3)初始低质量图像预览：显示客户端解析JPEG2000语法信息获得压缩图像的质量层和分辨率级数，并且根据图文显示工作站当前的图像显示布局以及PACS服务器与客户端的网络可用资源情况，计算获得初始低质量图像所需的数据量，从服务器提取码流数据进行解压并显示，并保存当前的解压状态，供下一步骤使用；
(4)后续高质量图像显示：客户端对当前显示屏幕上的图像进行后续码流提取解压显示，获得更高质量的图像；
(5)完整质量图像显示：用户进行病理诊断时，需要得到完整质量的显示图像。在网络速度较快的情况下，客户端会自动逐步提取当前显示屏幕的后续码流，最终得到完整质量的显示图像；在网络速度极慢的情况下，该发明方法根据当前图像的显示状态和用户操作，自动提取后续码流进行解压更新，使得图像显示质量满足用户要求，直至获得完整质量的图像。
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