KR0165315B1 - 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법 - Google Patents

관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법에서는 관심영역은 정보의 손실을 막기 위해서 무손실 압축 및 복원으로 처리하고, 비관심영역은 고압축율을 갖는 손실 압축 및 복원으로 처리함으로써 진단정보 손실을 방지할 수 있을 뿐 압축율이 높은 영상을 얻을 수 있다 또한, 압축된 영상의 크기가 원래의 영상에 비해 매우 적으므로 원격지에 전송하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법
제1a∼1c도는 종래의 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법을 설명하기 위한 도면.
제2도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법을 설명하기 위한 개략도.
제3도는 의료영역을 관심영역과 비관심영역으로 분할한 예를 나타낸 도면.
제4도는 의료영역을 관심영역과 비관심영역으로 분할하는 방법을 나타낸 도면.
제5도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법을 설명하기 위한 상세블럭도.
제6도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 복원방법을 설명하기 위한 상세블럭도.
제7도는 본 발명에 의한 의료영상의 압축 및 복원방법을 개략적으로 도시한 블럭도.
제8도는 본 발명에서 사용된 각 영상들의 실험결과를 나타낸 테이블.
제9도의 a, b, c는 각각 실험에 사용된 머리 MR 영상의 관심영역이 표시된 원영상, 복원영상, 전차영상을 나타낸 것.
본 발명은 의료영상의 압축 및 복원방법에 관한 것으로서, 특히 의료영상에서 관심영역은 무손실 압축 및 복원으로 처리하고, 비관심영역은 손실 압축 및 복원으로 처리하기 위한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법에 관한 것이다.
지금까지 의료영상에 대해서 저장용량을 감소시키고, 전송시간을 단축시키기 위해 여러 가지 데이타 압축 알고리즘이 적용되어 왔다. 이들 알고리즘은 손실 압축과 무손실 압축으로 나누어진다. 이 중 무손실 압축기법에서는 압축된 영상데이타가 디코딩될 때 완전한 원영상을 얻을 수 있다. 이 무손실 압축기법의 큰 단점은 압축율이 매우 낮다는 것이다. 한편, 손실 압축기법에서는 압축된 영상데이타가 디코딩될 때 완전한 원영상을 얻을 수 없으므로 복원된 영상에서 정보손실의 문제점이 있다. 장점은 무손실 압축기법보다 높은 압축율을 갖는다. 그러나, 손실 압축기법을 의료영상에 적용할 경우에는 많은 시간과 비용이 소요되는 ROC(Receiver Operating Characteristics) 테스트를 거쳐야 한다. ROC 테스트는 검출된 질병에 대해 복원된 영상이 원영상의 그대로의 모습을 가지고 있는가를 검증하는 것을 말한다. 손실 압축기법의 예로는 직교 변환과 예측 코딩을 들 수 있으며, 이들은 원영상을 복수개의 블럭으로 나누어 압축하는 블럭코딩 혹은 원영상을 블럭으로 나누지 않고 압축하는 코딩기법을 사용할 수 있다.
그러나, 의료영상에서는 일부의 영상만이 임상적으로 중요한 정보를 가지며, 따라서 영상내에서 예를 들면, 질병이 존재하는 영역이나 금이간 뼈 혹은 폐영상에서 폐부분 등 관심영역을 정의함으로써 비관심영역들이 고압축율로 압축되는 동안 중요한 임상정보들이 조작될 수 있다. 임상적으로 의료영상에는 적어도 하나 이상의 관심영역이 존재한다. 한편, 캐드(CAD) 영상에서는 화상의 배경을 제외한 영상의 중요영역이 관심영역으로 설정될 수 있다.
제1a도는 원영상데이타를 무손실 압축처리하여 압축데이타를 생성하고, 이를 전송하거나 저장하는 종래의 무손실압축방법에 관한 도면이고, 제1b도는 원영상데이타를 손실 압축처리하여 압축데이타를 생성하고, 이를 전송하거나 저장하는 종래의 손실압축방법에 관한 도면이다.
제1c도는 원영상데이타를 손실압축과정(1)에 압축한 다음복원과정(2)에 의해 다시 복원한다, 한편, 차영상 생성과정(3)에서는 관심영역 비트맵을 이용하여 원영상데이타와 복원영상과의 차영상을 구하여 관심영역에서의 잔차데이타를 생성하는 종래의 압축방법의 예이다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 손실압축과정(1)에서는 원영상데이타를 이산여현변환 및 양자화하여 양자화된 이산여현변환값을 얻고, 복원과정(2)에서는 양자화된 이산여현변환값을 역양자화 및 역이산여현변환하여 복원영상을 얻는다, 차영상생성과정(3)에서 생성된 차영상은 관심영역 드로윙에 의해 얻어진 관심영역 비트맵을 이용하여 관심영역내의 차영상만을 잔차로서 생성한다. 또한, 양자화된 이산여현변환값, 잔차 및 관심영역 비트맵을 엔트로피 코딩하여 전체영상에 대한 압축데이타를 생성한다.
그러나 제1a도 및 제1b도에 도시된 종래방법에서는 전체영상을 무손실압축하거나 손실압축하므로, 이러한 경우 무손실압축은 복원영상이 원영상과 동일하여 화질저하가 발생하지 않으나 압축비가 낮은 문제점이 있고, 손실압축은 압축비는 높으나 화질저하가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 제1c도에서 도시된 종래방법에서는 전체영상에 대한 복원과정이 포함되므로 관심영역에 대한 잔차데이타를 얻는데 필요한 계산량이 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 의료영상에서 관심영역은 무손실 압축 및 복원으로 처리하고, 비관심영역은 손실 압축 및 복원으로 처리하기 위한 의료영상의 압축 침 복원방법을 제공하는데 있다. 본 발명은 관심영역에서의 무손실 임상정보를 얻음으로써 손실압축에 비해 상기 장점을 가지고 있으며 비관심영역을 손실압축으로 처리함으로써 무손실압축에 비해 높은 압축율을 얻을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법은 관심 영역 비트맵을 이용하여 디스플레이기기상에 나타난 M × N크기의 픽셀로 이루어진 의료영상을 관심블럭, 비관심블럭 및 경계블럭으로 분할하는 블럭분할단계: 상기 분할단계에서 분할된 관심블럭을 무손실 압축으로 처리하고, 비관심블럭은 손실압축으로 처리하고, 경계블럭은 손실압축으로 처리한 후 경계블럭내의 관심픽셀에 대해 잔차를 구하는 압축단계: 및 상기 압축단계에서 생성되는 각 블럭에 대한 압축데이타와 상기 관심영역 비트맵을 엔트로피 코딩하는 코딩단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 복원방법은 압축된 의료영상 데이타를 엔트로피 디코딩하는 디코딩단계; 상기 디코딩단계에서 디코딩된 관심블럭은 무손실 복원으로 처리하고, 비관심블럭은 솔실복원으로 처리하고, 경계블럭은 손실복원으로 처리한 후 경계블럭내의 관심픽셀에 대한 잔차를 합하는 복원단계; 및 상기 복원단계에서 복원된 각 블럭별 복원영상은 관심영역 비트맵을 이용하여 원영상으로 생성하는 영상머지단계를 포함하는 것을 특징으로 한다,
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 고압축방법을 설명하기 위한 장치도로서, 원영상데이타를 관심영역비트맵을 이용하여 관심영역과 비관심영역으로 분할하기 위한 영역분할기(21)와, 영역분할기(21)에서 분할된 비관심영역에 대하여 손실압축처리하여 손실압축데이타를 생성하는 손실압축기(22)와, 영역분할기(21)에서 분할된 관심영역에 대하여 무손실압축처리하여 무손실압축데이타를 생성하는 무손실압축기(23)로 구성된다.
제2도에 도시된 구성에 따른 동작은 다음과 같다.
영상분할기(21)에서는 본 발명에 적용된 무손실압축과 손실압축을 수행하기 위해 제3도에 도시된 영상을 제4도에서와 같이 일정 크기의 블럭들로 분할한다. 제4도에 있어서, 비관심블럭은 블럭내의 모든 픽셀들이 비관심영역에 포함되며, 관심블럭은 블럭내의 모든 픽셀들이 관심영역에 포함되며, 경계블럭은 블럭내의 필셀들이 관심영역 혹은 비관심영역에 속하는 블럭이다.
제5도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법을 설명하기 위한 상세블럭도이다.
제5도에 있어서, 관심영역 드로윙부(53)에서는 디스플레이기기상에 나타난 M×N크기의 픽셀로 이루어진 의료영상에서 지실자를 이용하여 관심영역 비트맵을 구한다, 영상의 블럭화부(51)에서는 원영상데이타를 소정 크기 예컨데 8×8 블럭으로 나눈다.
관심/비관심영역분할기(52)에서는 관심영역비트맵을 이용하여 영상의 블럭화부(51)에서 공급되는 영상블럭들을 관심블럭, 비관심블럭, 경계블럭으로 나눈다.
계층적보간기(52)에서는 관심/비관심영역분할기(52)에서 분할된 관심블럭에 대해서 계충적보간(Hierachical INTerpolation)을 사용하여 무손실압축을 수행한다.
관심/비관심영역분할기(52)에서 분할된 비관심블럭은 이산여현변환기(55) 및 양자화기(56)에서 손실압축처리되며, 경계블럭은 이산여현변환기(57) 및 양자화기(58)에서 손실압축처리된 후, 역양자화기(59) 및 역이산여현변환기(60)에 의해 복원영상을 구한다.
차영상생성기(61)에서는 역이산여현변환기(60)에서 출력되는 경계블럭의 복원영상과 경계블럭의 원영상과의 차영상을 관심영역비트맵을 이용하여 구함으로써 경계블럭에 대한 잔차를 생성한다.
엔트로피 코딩부(62)에서는 각 블럭에 대해 압축처리한 영상과 관심영역 비트맵을 엔트로피 코딩하여 압축데이타를 출력한다.
제6도는 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 복원방법을 설명하기 위한 상세블럭도이다.
제6도에 있어서, 엔트로피 디코딩(70)에서는 제5도에 도시된 압축과정을 통해 압축된 데이타를 엔트로피 디코딩한다.
역계층적보간기(71)는 엔트로피 디코딩기(70)에서 디코딩된 관심블럭을 복원하기 위한 것이고, 역양자화기(72) 및 역이산여현변환기(73)는 비관심블럭을 복원하기 위한 것이다.
한편, 경계블럭은 역양자화기(74) 및 역이산여현변환기(75)에서 역양자화 및 역이산여현변환된 후, 합영상생성기(76)에서 경계블럭잔차와 합해져 경계블럭 복원영상을 생성하다.
각 블럭별 복원영상은 영상머지부(77)를 통해 전체영상에 대한 복원영상을 생성한다.
제7도는 본 발명에 의한 의료영상의 압축 및 복원방법을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
제7도에 있어서, 관심영역 드로윙부(81)에서는 원영상데이타에 관심영역을 드로윙하여 관심영역 비트맵을 생성한다. 압축기(82)에서는 관심영역 비트맵을 이용하여 원영상데이타를 압축하고 통신망(83)을 통해 전송하거나 저장장치(84)에 저장한다. 전송된 압축데이타는 복원기(85)에 의해 복원영상 데이타를 생성한다.
본 발명의 실험에는 10장의 가슴(chest) CT 영상, 10장의 복부 CT 영상, 7장의 위 X-ray 영상, 12장의 머리 MR 영상으로 진행되었다.
하나의 관심영역 비트맵은 각 영상에 10장씩 그려서 설정했다. 관심영역비트맵은 관심영역비 p를 0.0부터 1.0까지 변화시키며 그렸다. p가 0.0일때에는 손실압축에 해당하며, p가 1.0일때는 무손실압축에 해당하여 p가 0.0과 1.0사이에 있는 경우가 본 발명에서 제시한 압축방법에 해당한다.
가슴 CT 영상들의 경우, 100장의 관심영역 비트맵으로 실험하였는데, 실험결과는 제도의 (a)에 나타나 있다. 여기서는 p의 기대치이고, #은 관심영역 비트맵의 수이다. 압축비의 기대치()와 비관심영역의 피트 신호대 잡음비의 기대치()가 성능평가의 척도로 사용되었다. p가 1.0일 때은 1.78이고, p가 0.0일 때은 26.39이다. p가 0.0에서 1.0으로 증가함에 따라 압축비는 26.39에서 1.78로 감소했다. 이는 비관심영역이 커짐에 따라 압축비가 증가함을 의미한다. 복원영상의 화질은(단위:dB)로 척도되었는데 전체적으로 43.60dB이상 되었다. 이와 동일한 실험을 10장의 복부 CT영상. 7장의 위 X-ray영상, 12장의 머리 MR 영상에 실시하였으며, 그 실혐결과는 각각 제8도의 (a), (b), (c)에 나타나 있다.
제9도의 (a), (b), (c)는 각각 실험에 사용된 머리 MR 영상의 관심영역이 표시된 원영상, 복원영상, 잔차영상을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축 및 복원방법에서는 관심영역은 정보의 손실을 막기 위해서 무손실 압축 및 복원으로 처리하고, 비관심영역은 고압축율을 갖는 손실 압축 및 복원으로 처리함으로써 진단정보 손실을 방지할 수 있을 뿐 압축율이 높은 영상을 얻을 수 있다 또한, 압축된 영상의 크기가 원래의 영상에 비해 매우 적으므로 원격지에 전송하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 관심영역 비트맵을 이용하여 디스플레이기기상에 나타난 M×N크기의 픽셀로 이루어진 의료영상을 관심블럭, 비관심블럭 및 경계블럭으로 분할하는 블럭분할단계; 상기 분할단계에서 분할된 관심블럭을 무손실 압축으로 처리하고, 비관심블럭은 손실압축으로 처리하고, 경계블럭은 손실압축으로 처리한후 경계블럭내의 관심픽셀에 대해 잔차를 구하는 압축단계; 및 상기 압축단계에서 생성되는 각 블럭에 대한 압축데이타와 상기 관심영역 비트맵을 엔트로피 코딩하는 코딩단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축단계에서는 상기 관심블럭에 대하여 계층적 보간을 수행하는 것을 특징으로 하는 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축단계에서는 상기 비관심블럭에 대하여 이산여현변환 및 양자화를 수행하는 것을 특징으로 하는 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축단계에서는 상기 경계블럭에 대하여 이산여현변환 및 양자화를 수행한 후 역양자화 및 역이산여현변환을 수행하여 상기 경계블럭의 복원영상을 생성하고, 상기 관심영역 비트맵을 이용하여 상기 경계블럭의 복원영상과 상기 경계블럭의 원영상과의 차영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 관심영역이 존재하는 의료영상의 압축방법.
  5. 압축된 의료영상 데이타를 엔트로피 디코딩하는 디코딩단계; 상기 디코딩단계에서 디코딩된 관심블럭은 무손실 복원으로 처리하고, 비관심블럭은 손실복원으로 처리하고, 경계블럭은 손실복원으로 처리한 후 경계블럭내의 관심픽셀에 대해 잔차를 합하는 복원단계; 및 상기 복원단계에서 복원된 각 블럭별 복원영상은 관심영역 비트맵을 이용하여 원영상으로 생성하는 영상머지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관심영역이 존재하는 의료영상의 복원방법.
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