有损压缩效应在胸部X线照片的微细异常检测
作者：姜涛 王世山 尚同祥 董希忠 郝秀芹
单位：山东省潍坊市人民医院放射科，山东 潍坊 261041
关键词：
中国医学影像技术000950 [中图分类号] R445.4；R323.2 [文献标识码] A
[文章编号] 1003-3289(2000)09-0811-02
远程放射会诊目前已成为公认的放射实践的组成部分。医学影像的庞大容量的解决方法是主要因素，影像容量问题只能是压缩图像，减少影像尺寸，无损压缩法在使用了图像内的信息量的同时减少了图像资料的容量从而可以完整的重建图像。这种无损技术明显的优点是完整的使用图像重建。但医学影像只能压缩到2：1～3：1。不可逆的或有损技术能按任何设计的比例压缩，但压缩比例越高，复制的图像与原始图像失真越大。这就促使我们去评价医学图像有损压缩的效果。
, http://www.100md.com
图1 为肺结节ROC曲线 图2 为肺纤维化ROC曲线
由有损压缩产生的图像降级可以由数字计算进行测量。但是，以往所作的关于压缩对图像影响的研究，多着重于图像的扭曲和诊断的降级，并没有发现一种适用的测量方法。结果，仍需要用人作为观察者来评价图像的压缩。
1 材料和方法
在本研究中，我们选择了两种类型的异常：孤立性肺结节(因为它们是低对比度、低频率的异常)和纤维变(高频率)。用胸部CT作为原片。分别鉴定为：①正常；②只有一个未钙化的直径1～2cm的孤立结节；③轻度或中度纤维变。CT在胸部X线检查(CXRs)30天内进行，本研究共有60例。
每个病人的CXR均用2000×2500象素进行数字化，每个象素12bit。该60例图像资料的压缩比例为40：1和80：1。用小波基础算法解压。此算法计算每幅图像的一种离散小波转换(DWT)，然后使用一种由Said和Pearlman设计，由Man\|duca改通后适用于医学图像的被称作SPIHT的小波数进行编码。DWT使用9Tap/7Tap双正交过滤器，得到一个原始图像的5档松压在压缩和解压后，共有180套数字资料：60套原始图像，60套压缩和解压在40：1；60套在80：1。180帧图像由激光打印机印出。应用一个有关这180套资料的查寻表进行差的补偿。以校正数字仪和打印机。
, 百拇医药
影像资料以双盲随机方式交由三位有执业资格的并经胸部影像特别训练的放射学专家。对放射学的要求各自提出对纤维化和结节按1～5级进行评价。并要求指出具体位置。与CT所证实的结节位置在水平和垂直方向的偏差，在肺的宽度和高度的15%以内则被认为诊断是正确的。
诊断系统的执行，加上照片的观察显示和三位放射专家的评价是通过一个标准的放射科广泛应用的ROC方法。ROC曲线(receiver operating characteristic curve)由每个读片者及三位读片者联合对原始图像和以40∶1和80∶1压缩图像的观察构成。如果两条已知的ROC曲线的AUC指数差来自于随机抽样的标本或在有关诊断系统之间一个显著的差异，用一个Z-评分试验去进行评估。
2 结果
图1，2是放射专家的评估总结。对每一个表而言，所有读片者所见并非所考虑的异常者，均被列为阴性。例如：图1(纤维化)将结节和正常同样认为系阴性。在结节的分析中，没有把阴性图像确定为异常。但在压缩和非压缩的图像中有相当数目的结节影像被漏掉。我们认为这反映了本研究选择了一些很轻微的病变。纤维化原始图像80：1压缩及绝对象素差图像，使用了一个较窄的窗宽设定为原始图像显示图宽的1%用来区分图像。以强调图像之间误差的分布。虽然在80∶1的图像上解剖结构可以分辨得出，而在40∶1的差图像上则不能，但误差在空间中的分布几乎是均匀的。80∶1压缩图像中结节和纤维化均保持原样。但纤维化病例的微细征象不能象结节那样准确定位。对放大图像的全面检查显示40∶1和80∶1没有明显差别。专家们认为对压缩图像或非压缩图像上伪影的鉴定较为困难。
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3 讨论
有损压缩是PACS和远程放射学电子成像的一项重要技术，它有利于传输和存贮，用途广泛。最近，美国FDA要求医疗设备厂家在使用有损压缩技术时，作为影像降级的一种测量。要提供整套均方误差，尽管这种测量方法能与观察者的行为进行充分的校正。FDA允许放射学家选择压缩比率。这就意味着如果他们要保持竞争力，就必须熟悉有损压缩技术。
虽然压缩技术多种多样，但已有研究了胸部X线片的有损压缩效应。使用以离散余弦转换(DCT)为基础的方法。Macmahan的结论是在间质性肺炎和肺结节性病变压缩率25：1的数字胸部照片是可以接受的。Sayre证明DCT离散余弦转换在20∶1压缩率使用全景DCT技术对间质性疾病的诊断没有统计学上的降级。Ishigaki发现胸部CR成像在25∶1的情况下显示有一些降级，但这些影像的分辨力是低的而且是在CRT的监视器上作的评价。在这三项研究中，虽然在压缩比率上没有统计学的差异，但都倾向于压缩片劣于原始图像。与此相反，本研究倾向于认为压缩片质量要好一些。本文研究了两种重要的异常即间质性纤维化疾病和结节的共同所见。由于我们选择了一些轻微的病例，所以漏诊率接近20%。但并不超出以往的报道中，使用胸片发现肺部结节时的漏诊率。可以预期以同样的压缩比率在常规病例(不是选择一些轻微病例)所产生的诊断错误会低一些。本研究中，我们使用这一算法，压缩到80∶1时，即使对轻微病变捡出也没有影响到对肺部结节和纤维化的诊断。
令我们惊奇的发现是实际上较低的压缩率可以改善诊断。过去认为这是噪声的降低。当然在一些局部，随着压缩比率的增加，一些重要特征丢失了。确定在什么样的压缩率会发生影像的降级是非常重要的。使用有损压缩是一种挑战，因为对于一幅图像来说，能够接受的最大的压缩率；取决于许多因素，如压缩方法，影像设备、噪声、显示方法、观察者的专业技术水平和病理特征。
[作者简介]姜涛(1955—)，男，山东潍坊人，学士，副主任技师。
收稿日期：2000-03-17, 百拇医药
单位：山东省潍坊市人民医院放射科，山东 潍坊 261041
关键词：
中国医学影像技术000950 [中图分类号] R445.4；R323.2 [文献标识码] A
[文章编号] 1003-3289(2000)09-0811-02
远程放射会诊目前已成为公认的放射实践的组成部分。医学影像的庞大容量的解决方法是主要因素，影像容量问题只能是压缩图像，减少影像尺寸，无损压缩法在使用了图像内的信息量的同时减少了图像资料的容量从而可以完整的重建图像。这种无损技术明显的优点是完整的使用图像重建。但医学影像只能压缩到2：1～3：1。不可逆的或有损技术能按任何设计的比例压缩，但压缩比例越高，复制的图像与原始图像失真越大。这就促使我们去评价医学图像有损压缩的效果。
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图1 为肺结节ROC曲线 图2 为肺纤维化ROC曲线
由有损压缩产生的图像降级可以由数字计算进行测量。但是，以往所作的关于压缩对图像影响的研究，多着重于图像的扭曲和诊断的降级，并没有发现一种适用的测量方法。结果，仍需要用人作为观察者来评价图像的压缩。
1 材料和方法
在本研究中，我们选择了两种类型的异常：孤立性肺结节(因为它们是低对比度、低频率的异常)和纤维变(高频率)。用胸部CT作为原片。分别鉴定为：①正常；②只有一个未钙化的直径1～2cm的孤立结节；③轻度或中度纤维变。CT在胸部X线检查(CXRs)30天内进行，本研究共有60例。
每个病人的CXR均用2000×2500象素进行数字化，每个象素12bit。该60例图像资料的压缩比例为40：1和80：1。用小波基础算法解压。此算法计算每幅图像的一种离散小波转换(DWT)，然后使用一种由Said和Pearlman设计，由Man\|duca改通后适用于医学图像的被称作SPIHT的小波数进行编码。DWT使用9Tap/7Tap双正交过滤器，得到一个原始图像的5档松压在压缩和解压后，共有180套数字资料：60套原始图像，60套压缩和解压在40：1；60套在80：1。180帧图像由激光打印机印出。应用一个有关这180套资料的查寻表进行差的补偿。以校正数字仪和打印机。
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影像资料以双盲随机方式交由三位有执业资格的并经胸部影像特别训练的放射学专家。对放射学的要求各自提出对纤维化和结节按1～5级进行评价。并要求指出具体位置。与CT所证实的结节位置在水平和垂直方向的偏差，在肺的宽度和高度的15%以内则被认为诊断是正确的。
诊断系统的执行，加上照片的观察显示和三位放射专家的评价是通过一个标准的放射科广泛应用的ROC方法。ROC曲线(receiver operating characteristic curve)由每个读片者及三位读片者联合对原始图像和以40∶1和80∶1压缩图像的观察构成。如果两条已知的ROC曲线的AUC指数差来自于随机抽样的标本或在有关诊断系统之间一个显著的差异，用一个Z-评分试验去进行评估。
2 结果
图1，2是放射专家的评估总结。对每一个表而言，所有读片者所见并非所考虑的异常者，均被列为阴性。例如：图1(纤维化)将结节和正常同样认为系阴性。在结节的分析中，没有把阴性图像确定为异常。但在压缩和非压缩的图像中有相当数目的结节影像被漏掉。我们认为这反映了本研究选择了一些很轻微的病变。纤维化原始图像80：1压缩及绝对象素差图像，使用了一个较窄的窗宽设定为原始图像显示图宽的1%用来区分图像。以强调图像之间误差的分布。虽然在80∶1的图像上解剖结构可以分辨得出，而在40∶1的差图像上则不能，但误差在空间中的分布几乎是均匀的。80∶1压缩图像中结节和纤维化均保持原样。但纤维化病例的微细征象不能象结节那样准确定位。对放大图像的全面检查显示40∶1和80∶1没有明显差别。专家们认为对压缩图像或非压缩图像上伪影的鉴定较为困难。
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3 讨论
有损压缩是PACS和远程放射学电子成像的一项重要技术，它有利于传输和存贮，用途广泛。最近，美国FDA要求医疗设备厂家在使用有损压缩技术时，作为影像降级的一种测量。要提供整套均方误差，尽管这种测量方法能与观察者的行为进行充分的校正。FDA允许放射学家选择压缩比率。这就意味着如果他们要保持竞争力，就必须熟悉有损压缩技术。
虽然压缩技术多种多样，但已有研究了胸部X线片的有损压缩效应。使用以离散余弦转换(DCT)为基础的方法。Macmahan的结论是在间质性肺炎和肺结节性病变压缩率25：1的数字胸部照片是可以接受的。Sayre证明DCT离散余弦转换在20∶1压缩率使用全景DCT技术对间质性疾病的诊断没有统计学上的降级。Ishigaki发现胸部CR成像在25∶1的情况下显示有一些降级，但这些影像的分辨力是低的而且是在CRT的监视器上作的评价。在这三项研究中，虽然在压缩比率上没有统计学的差异，但都倾向于压缩片劣于原始图像。与此相反，本研究倾向于认为压缩片质量要好一些。本文研究了两种重要的异常即间质性纤维化疾病和结节的共同所见。由于我们选择了一些轻微的病例，所以漏诊率接近20%。但并不超出以往的报道中，使用胸片发现肺部结节时的漏诊率。可以预期以同样的压缩比率在常规病例(不是选择一些轻微病例)所产生的诊断错误会低一些。本研究中，我们使用这一算法，压缩到80∶1时，即使对轻微病变捡出也没有影响到对肺部结节和纤维化的诊断。
令我们惊奇的发现是实际上较低的压缩率可以改善诊断。过去认为这是噪声的降低。当然在一些局部，随着压缩比率的增加，一些重要特征丢失了。确定在什么样的压缩率会发生影像的降级是非常重要的。使用有损压缩是一种挑战，因为对于一幅图像来说，能够接受的最大的压缩率；取决于许多因素，如压缩方法，影像设备、噪声、显示方法、观察者的专业技术水平和病理特征。
[作者简介]姜涛(1955—)，男，山东潍坊人，学士，副主任技师。
收稿日期：2000-03-17, 百拇医药