227
228
Table 1. The Results of PSNR (db) for Various Compression Rate Modality Case 5:1 10:1 20:1 40:1 80:1 MR 9 71.68 2.37 60.54 2.51 52.85 2.53 48.54 2.29 44.09 2.47 CT 9 51.90 1.67 63.70 2.02 57.32 1.70 52.90 1.49 48.31 1.63 Table 2. The Results of Observer s Ability to Differentiate between Original and Compressed Images Compression MR (9 Images) CT (9 Images) Monitor rate AVR* % Best Worst AVR % best worst 05:1 5M 0.98 98% 7/9 9/9 0.89 89% 4/9 9/9 2M 0.99 99% 8/9 9/9 0.94 94% 6/9 9/9 10:1 5M 0.67 67% 2/9 8/9 0.73 73% 0/9 9/9 2M 0.79 79% 2/9 9/9 0.79 79% 0/9 9/9 20:1 5M 0.14 14% 0/9 3/9 0.20 20% 0/9 8/9 2M 0.25 25% 0/9 6/9 0.23 23% 0/9 9/9 40:1 5M 0.00 00% 0/9 0/9 0.02 02% 0/9 1/9 2M 0.02 02% 0/9 1/9 0.00 00% 0/9 0/9 80:1 5M 0.00 00% 0/9 0/9 0.00 00% 0/9 0/9 2M 0.00 00% 0/9 0/9 0.00 00% 0/9 0/9 *: Average performance of observers(9) in differentiation of image quality. : The best performance of observers(9) in differentiation of image quality : The worst performance of observers(9) in differentiation of image quality Table 3. Clinical Acceptability of Compressed Images Compression MR (9 Images) CT (9 Images) Monitor rate AVR* % Min Max AVR % Min Max 05:1 5M 1.00 100% 9/9 9/9 1.00 100% 9/9 9/9 2M 1.00 100% 9/9 9/9 1.00 100% 9/9 9/9 10:1 5M 0.99 099% 8/9 9/9 0.96 096% 8/9 9/9 2M 0.99 099% 8/9 9/9 0.99 099% 8/9 9/9 20:1 5M 0.38 038% 2/9 5/9 0.46 046% 0/9 9/9 2M 0.58 058% 3/9 8/9 0.69 069% 2/9 9/9 40:1 5M 0.04 004% 0/9 1/9 0.02 002% 0/9 1/9 2M 0.11 011% 0/9 4/9 0.04 004% 0/9 2/9 80:1 5M 0.00 000% 0/9 0/9 0.00 000% 0/9 0/9 2M 0.00 000% 0/9 0/9 0.00 000% 0/9 0/9 *: Average acceptability of clinical use of compressed image in observers (9) : Minimal acceptability of clinical use of compressed image in observers (9) : Maximal acceptability of clinical use of compressed image in observers (9) 229
PACS에서의 CT와 MR 영상의 장기저장에 적용할 JPEG2000손실압축률의 임상적 평가 늘어나게 되어 네트워크를 통한 전송 시간이 길어져서 영상 조 회에 대한 불편함이 늘어나게 되었고 내시경이나 병리 사진 영 상들과 같은 컬러 영상도 PACS에서 수용하게 됨으로써 네트 워크 부담을 가중시키는 동시에 장기 저장 장치의 저장 공간 에도 영향을 주게 되었다. 이러한 이유들로 인하여 그 동안 사 용되어 왔던 JPEG로는 압축의 한계로 어려움이 있었기에 JPEG2000 압축 알고리즘이 대안으로 제시되었다. JPEG압축은 영상을 주파수의 특성대로 변환하는 이산 코사 인 변환 (Discrete Cosine Transform, DCT)인 반면 JPEG2000은 영상을 스케일 또는 해상도(resolution)로 분해 하기 때문에 상세한 정보를 가지면서도 낮은 해상도로 분해할 수 있다. JPEG와 JPEG2000은 압축 효율, 복잡성, 비례 축소, 보편성 등 많은 면에서 서로 다르다. 가장 중요한 영상의 질적 인 부분을 비교해 보면 JPEG2000의 장점 중 하나인 낮은 비 A 트 압축률에 대한 지원 때문에 낮은 비트 영상으로 갈수록 JPEG2000 압축은 JPEG 압축에 비해 우수한 영상의 질을 유 지하게 된다. 낮은 비트의 영상에 해당하는 CT 또는 MR 영상 들은 JPEG 압축에 의한 화질 저하를 우려하여 장기 저장의 경 우도 무압축 또는 무손실 압축을 하거나 일부 병원의 경우 다 소 영상의 열화가 있지만 임상적으로 수용 가능하다는 판단 하 에 5:1이내의 압축으로 저장하여 왔다(8, 10, 11). JPEG2000으로 압축된 영상의 PSNR 값에 대한 광범위한 연구는 이루어지지 않았지만 성 등(11)에 의하면 유방촬영 영 상을 100:1 압축률에서 41.5 db로 산출 되었으며 40 db이상 은 높은 값으로 좋은 영상의 질을 의미한다고 기술하고 있다. 이번 연구에서도 는 유방촬영과는 다른 CT와 MR이지만 각각 48.3 db, 44.1 db로 산출되어 높은 영상의 질을 유지하고 있 다. B C D E Fig. 1. A. Original DICOM brain MR image B. 5:1 compressed image C. 10:1 compressed image D. 20:1 compressed image E. 40:1 compressed image F. 80:1 compressed image F 230
대한영상의학회지 2006;54:227-233 A B C D E Fig. 2. A. Original DICOM abdominal CT image B. 5:1 compressed image C. 10:1 compressed image D. 20:1 compressed image E. 40:1 compressed image F. 80:1 compressed image F 231
1.,,,. 2004 PACS. PACS 2004;10:71-76 2.,,. PACS. 2000;42:705-708 3.,,,,,. 16- CT CT : PACS. PACS 2004;10:1-6 4.,,,. PACS. PACS 2000;6:73-78 5.,,,,,. PACS : 4K CR. PACS 2001;7:9-12 6.,,,,. PACS. PACS 1998;4:5-12 7. Pennebaker WB, Mithell JL. JPEG still image data compression standard. New York:Van Nostrand Reinhold, 1992 8. ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 N505, Call for contributions for JPEG 2000 (JTC 1.29.14.15444): Image Coding System. March 21, 1997 9. PACS. 2001 PACS. 2001 http://www.pacs.or.kr 10.,,,,. CT MRI JPEG2000. PACS 2004;10:25-30 11.,,,,,. JPEG2000 Digital Mammography. PACS 2001;7:13-19 232
Clinical Evaluation of the JPEG2000 Compression Rate of CT and MR Images for Long Term Archiving in PACS 1 Soon Joo Cha, M.D. 1,2, Sung Hwan Kim, Yong Hoon Kim, M.D. 1,2, Yoon Joon Hwang, M.D. 2, Jung Wook Seo, M.D. 2, Su Young Kim, M.D. 2, Mi Young Kim, M.D. 2, Hae Ryeon Kim, M.D. 2, Yoon Hee Han, M.D. 2, Gham Hur, M.D. 2, Joo Hwan Park, M.D. 2, Byung Hoon Lee, M.D. 2, Seung Tae Lee, M.D. 2, Bae Geun Oh, M.D. 2 1 Inje University Image Research Center 2 Department of Radiology, Isan Paik Hospital, Inje Unveristy Purpose: We wanted to evaluate an acceptable compression rate of JPEG2000 for long term archiving of CT and MR images in PACS. Materials and Methods: Nine CT images and 9 MR images that had small or minimal lesions were randomly selected from the PACS at our institute. All the images are compressed with rates of 5:1, 10:1, 20:1, 40:1 and 80:1 by the JPEG2000 compression protocol. Pairs of original and compressed images were compared by 9 radiologists who were working independently. We designed a JPEG2000 viewing program for comparing two images on one monitor system for performing easy and quick evaluation. All the observers performed the comparison study twice on 5 mega pixel grey scale LCD monitors and 2 mega pixel color LCD monitors, rspectively. The PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) values were calculated for making quantitative comparisons. Results: On MR and CT, all the images with 5:1 compression images showed no difference from the original images by all 9 observers and only one observer could detect a image difference on one CT image for 10:1 compression on only the 5 mega pixel monitor. For the 20:1 compression rate, clinically significant image deterioration was found in 50% of the images on the 5M pixel monitor study, and in 30% of the images on the 2M pixel monitor. PSNR values larger than 44 db were calculated for all the compressed images. Conclusion: The clinically acceptable image compression rate for long term archiving by the JPEG2000 compression protocol is 10:1 for MR and CT, and if this is applied to PACS, it would reduce the cost and responsibility of the system. Index words : PACS PACS Digital imaging and communications in medicine (DICOM) Data compression Address reprint requests to : Soon Joo Cha, M.D., Department of Radiology, Isan Paik Hospital, Inje Unveristy 2240, Daehwa-dong, Ilsan-gu, Goyang city, Kungki-do, South Korea. Tel. 82-31-910-7394 Fax. 82-31-910-7369 E-mail: chasoonj@ilsanpaik.ac.kr 233