Ứng dụng mạng hình ảnh y tế đều dựa trên công nghệ mạng có dây thông thường, không dây quang học và cơ bản sử dụng chuẩn giao thức Internet như giao thức điều khiển truyền dẫn / giao thức Internet (TCP / IP) cho truyền thông. Phần cứng mạng thông thường (chẳng hạn như router, switch, cáp) và phần mềm (như tường lửa, ngăn xếp giao thức mạng trong các hệ thống điều hành và quản lý mạng lưới các tiện ích) được sử dụng. Cả hai mạng cục bộ trong một đơn bên cũng như mạng diện rộng được lắp ráp từ các công nghệ thường này.
Mặc dù chuyển dữ liệu hình ảnh là rất lớn, chuyển sang Ethernet tốc độ cao được sử dụng cho việc này thường xuyên trong các mạng cục bộ, và các mạng thường được chia sẻ với khác, lưu lượng truyền tải thấp. Nếu cần thiết, chất lượng của mối quan tâm dịch vụ có thể được giải quyết với các mạng ảo khu vực địa phương, thông qua cấu hình mạng vật lý riêng biệt.
Khi trang web được kết nối sử dụng phương tiện công cộng như Internet, riêng tư và thực hiện mối quan tâm phải được giải quyết. Việc sử dụng thông thường phần cứng mã hóa hoặc phần mềm để thiết lập một trong hai mạng riêng ảo hoặc phiên dựa kết nối an toàn (sử dụng bảo mật lớp truyền tải được sử dụng cho thương mại điện tử) là điển hình. Độ trễ lớn hơn trên diện rộng tốc độ cao mạng mà kết quả trong nhận chậm có thể ảnh hưởng đến hiệu suất nếu không quy định cụ thể trong việc lựa chọn giao thức hay cấu hình của giao thức chồng hoặc ứng dụng, hoặc thông qua việc sử dụng các thiết bị bổ sung như diện rộng tăng tốc mạng.
Sự gia tăng sử dụng các thiết bị điện toán di động cho phép thêm kênh phân phối các bộ đầy đủ hoặc một phần của dữ liệu hình ảnh, đặc biệt là nếu các hình thức nén có thể được lựa chọn thích hợp với nhiệm vụ.
16.5.Nén ảnh
16.5.1.Mục đích
Khi lưu trữ hoặc truyền đi dưới dạng không nén, hình ảnh kỹ thuật số chiếm một số lượng không gian tỉ lệ với kích thước ma trận của hình ảnh, i. e. mỗi điểm ảnh chiếm một số lượng cố định các byte. Tuy nhiên, hình ảnh thường chứa một lượng đáng kể các thông tin dư thừa có thể được đại diện gọn hơn. Ví dụ, thường có một lượng lớn không gian màu đen xung quanh những phần 'quan trọng' của hình ảnh. Giảm lượng không gian bị chiếm bởi một hình ảnh là một ưu tiên, vì chi phí lưu trữ và băng thông là quan trọng, và đôi khi có không đủ thời gian để truyền một tập lớn các hình ảnh trên một kết nối chậm để đáp ứng các nhu cầu lâm sàng.
16.5.2. Chuyển đổi dữ liệu và mã hóa
Chương trình nén thông thường bao gồm một loạt các bước đầu tiên chuyển đổi các dữ liệu ban đầu thành một đại diện khác cho thấy nhiều bước và sau đó mã hóa các thông tin trong một hình thức nhỏ gọn hơn.
Nếu là một nén một loạt các biểu tượng, chẳng hạn như văn bản gốc biểu diễn như ký tự liên tiếp, một byte cho mỗi ký tự, nó có thể được mã hóa trực tiếp sử dụng một cơ chế thay thế một mã ngắn để thường xuyên hơn xảy ra ký tự, và một mã hóa dài cho ít thường xuyên xảy ra các nhân vật. Ví dụ, chữ 'e' có thể được mã hóa với một chút duy nhất, trong khi chữ 'z' có thể được mã hóa với một số lượng lớn các bit. Điều này được gọi là 'biến dài' mã hóa, trái ngược với một byte cho mỗi ký tự 'chiều dài cố định' mã hóa. Một cách tiếp cận rất phổ biến để mã hóa dữ liệu theo cách này là mã hóa Huffman. Nhiều phân tích phức tạp của văn bản đơn giản có thể bao gồm việc lưu trữ các chuỗi ký tự trong một từ điển, tính toán tần số của họ và đại diện trình tự tiến bộ với các biểu tượng dài đơn biến, một cách tiếp cận gọi là 'từ điển' mã hóa.
Một cách khác là để mã hóa toàn bộ tin nhắn như một nhị phân rất dài phần nhỏ, mà có thể sản xuất gần đầu ra tối ưu cho một tập hợp các biểu tượng và xác suất, đưa ra một mô hình chính xác của tần số của mỗi biểu tượng. Một trường hợp đặc biệt, thường được xem xét riêng biệt là của cùng một biểu tượng xảy ra nhiều lần, trong trường hợp nó có thể được mã hóa như các biểu tượng và số lần xuất hiện, chứ không phải lặp đi lặp lại các biểu tượng, được gọi là 'chạy chiều dài 'mã hóa
Những phương pháp này đều bằng nhau đối với mã hóa hình ảnh, ngoại trừ họ không tài khoản cho các dự phòng bổ sung mà có mặt trong hai (hoặc nhiều hơn) kích thước trong một hình ảnh.
Bước chuyển đổi có thể được sử dụng trước khi mã hóa, để lộ như vậy dư thừa trong một hình ảnh. Ví dụ, nếu điểm ảnh kế tiếp chỉ khác chút ít từ những người tiền nhiệm của họ hầu hết thời gian, mã hóa sự khác biệt giữa các hiện tại và điểm ảnh trước đó có thể dẫn đến một giá trị nhỏ gọn hơn để mã, hoặc một phân phối tần số nhỏ gọn hơn. Đối với một số loại hình ảnh, khu vực hơn 'bối cảnh' có thể được xem xét, ví dụ, sự khác biệt giữa các điểm ảnh trên cũng như các điểm ảnh bên trái có thể được bao gồm trong các tín hiệu khác biệt, hoặc chưa phức tạp hơn mô hình mà xem xét tốc độ thay đổi trong khu vực địa phương có thể được xây dựng.
Các loại chuyển đổi cụ thể cho hình ảnh có thể khiến dư thừa trong nhiều kênh màu. Ví dụ, hình ảnh màu sắc thường mã hóa không nén như các kênh màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh, nhưng tất cả ba kênh mang thông tin độ sáng tương tự. Chuyển đổi không gian màu vào một độ sáng và một cặp kênh chrominance có thể phơi bày sự dư thừa này. Giống như chuyển đổi từ không gian với tần số hoặc wavelet miền cũng có thể cho phép một đại diện nhỏ gọn hơn.
16.5.3.Nén ‘lossless’
Một số dạng nén cho phép phục hồi đầy đủ và chính xác của các dữ liệu gốc từ các dữ liệu nén, và chúng được gọi là lossless hoặc chương trình nén 'đảo ngược'. Đề án thường được sử dụng trong các ứng dụng của người dùng để nén các tài liệu văn bản, ví dụ, sẽ là không thể chấp nhận nếu nhân vật thay đổi khi giải nén, bất kể như thế nào thường xuyên này xảy ra. Tương tự như vậy, các ứng dụng hình ảnh y tế có thể yêu cầu hoàn hảo sinh sản của đầu vào, và do đó lossless nén được sử dụng rộng rãi.
Nén lossless nén cho hình ảnh có thể sử dụng như chuyển đổi bước như mô tả trước đây, với điều kiện là việc chuyển đổi được thực hiện trong một hình thức toán học thuận nghịch. biến đổi khác biệt phải có đủ độ sâu để bảo vệ tối đa có thể giá trị chênh lệch và hướng của nó (dấu hiệu) với độ trung thực đầy đủ; điều này đòi hỏi một chút hơn để mã hóa hơn các giá trị ban đầu. Tương tự như vậy, tần số miền hoặc biến đổi không gian màu yêu cầu sử dụng của các phương trình và triển khai có sử dụng cố định, không nổi điểm, số học đủ chính xác.
Trong thực tế, nén lossless của hình ảnh y tế sản xuất tỷ lệ nén (tương đối so với số lượng ban đầu của byte chiếm đóng bởi một hình ảnh giải nén) ranging từ khoảng 2. 5: 1-5: 1, tùy thuộc vào phương thức và loại hình ảnh. Thông thường, hình ảnh y tế có chứa một số lượng đáng kể tiếng ồn, kết cấu và nội dung tần số cao khác, và điều này cản trở khả năng để đạt được nén lossless cao hơn. Ngay cả nền không khí hoặc khu vực chuẩn trực có tiếng ồn. Mặc dù vậy, chi phí và thời gian truyền tiết kiệm của lệnh này thường đủ để đáp ứng các trường hợp sử dụng. Ví dụ, lossless nén của 512 bởi 512 của mạch máu
tim 8 bit sử dụng một chương trình tương đối đơn giản thường sử dụng để phù hợp với việc kiểm tra toàn bộ trên một đĩa CD.
16.5.4. Nén ‘lossy’
Nén lossy hoặc không thể đảo ngược, nén xảy ra khi kết quả giải nén là không giống với bản gốc, mặc dù số lượng và loại mất là chấp nhận được đối với một số mục đích. Ví dụ, nén lossy được thường xuyên áp dụng để màu hình ảnh hình ảnh nhận được từ máy ảnh kỹ thuật số của người tiêu dùng và được sử dụng rộng rãi trong tiêu dùng các trang trình duyệt web trên Internet.
Quá trình tham gia là tương tự như sử dụng để nén lossless, với bước chuyển đổi và mã hóa, ngoại trừ rằng kể từ khi một số lượng hữu hạn và gõ mất mát là được phép, không phải của các bước được yêu cầu để hoàn toàn hồi phục. Ví dụ, không gian màu sắc và tần số hoặc miền wavelet biến đổi có thể liên quan đến một số tiền nhất định của sự mất mát, và sử dụng các chức năng liên tục với chính xác hữu hạn có thể phơi bày sự dư thừa hơn. Bổ sung, bước cố ý có thể được áp dụng để loại bỏ các loại thông tin cụ thể. Ví dụ, tần số cao hơn hệ số có thể được biểu diễn với các bit ít chính xác hơn quan trọng hơn hệ số tần số thấp hơn, và điều này có thể được kiểm soát trong một 'lượng tử' bước áp dụng sau khi chuyển đổi và trước khi mã hóa. Trong một số chương trình nén này là các bước mà chất lượng của kết quả được kiểm soát một cách rõ ràng.
Kết quả nén lossy trong các đồ tạo tác trở nên nhìn thấy được trong hình ảnh tái tạo. Đối với hình ảnh được nén như toàn bộ khung hình, những đồ tạo tác có thể liên quan đến việc làm mịn tinh tế của toàn bộ hình ảnh, thay đổi trong nhận thức kết cấu của khu vực phức tạp, hoặc giới thiệu các cấu trúc nhỏ riêng biệt mà là không có mặt trong bản gốc (ví dụ , trong trường hợp chuyển đổi wavelet, phản ánh của các wavelet hàm cơ sở có thể xuất hiện, và trong trường hợp cắt ngắn hệ số tần số cao, chuông có thể xuất hiện cạnh xung quanh sắc nét như văn bản). Với đề án liên quan đến việc phân chia hình ảnh thành gạch nhỏ trước khi nén, khối đồ tạo tác có thể xuất hiện nơi ranh giới của gạch như vậy trở thành rõ ràng nhìn thấy được.
Mặc dù những đồ tạo tác, nén hình ảnh lossy có thể là đầy đủ các mục đích cho nhiều chẩn đoán lâm sàng. Hai cấp độ nén có thể được định nghĩa cho hình ảnh y tế : 'trực quan lossless' và 'chẩn đoán lossless'. Trực quan nén lossless đó là loại hình và mức độ nén mà tại đó người quan sát là của con người không thể phân biệt trực quan ban đầu từ các hình ảnh dựng lại, thậm chí qua tổn thất đã xảy ra. Điều này có thể được xác định bởi các thí nghiệm đơn giản liên quan và được biết là thay đổi đáng kể tùy thuộc vào phần phương thức và cơ thể của hình ảnh. Tuy nhiên, cho dù các hình ảnh, hoặc giải nén hình ahr nhiều hơn hoặc ít có lẽ, là đủ để giải thích chính, i. e. các hình ảnh chẩn đoán lossless phụ thuộc vào việc chẩn đoán. Như là mộ ví dụ điển hình, hình ảnh X quang chụp một ngực gồmcác mục đích của định vị các tip của một ống thông có thể trải qua sự giảm liều tối đa và vẫn có đủ, nhưng phát hiện tràn gây ra bởi chèn của ống thông có thể đòi hỏi một hình ảnh với ít hơn nhiều nén.
Thiết lập mức độ thích hợp của nén cho mỗi phương thức như vậy, một phần cơ thể và nhiệm vụ chẩn đoán có thể đòi hỏi ở các nghiên cứu quan sát với đủ độ mạnh để phát hiện bất kỳ sự thiếu sự khác biệt tìm thấy là do một sự vắng mặt đích thực của một sự khác biệt đáng kể về mặt lâm sàng gây ra bởi nén, như trái ngược với một nghiên cứu đó là quá nhỏ để phát hiện bất kỳ sự khác biệt. Những nghiên cứu này là đắt tiền và ít về số lượng. Mặc dù vậy, có những hướng dẫn mới nổi từ hội nghề nghiệp khác nhau ở một số nước trên các vấn đề sử dụng thích hợp nén lossy.
Một yếu tố gây nhiễu là có hay không thực hiện nén lossy trước hoặc sau khi giải thích chính, nếu ai đi để nén để lưu trữ hoặc phân phối tiếp theo. Miễn là có tiềm năng cho một chẩn đoán sai, một số người ủng hộ rằng việc chăm sóc bệnh nhân tối ưu đòi hỏi giải thích hình ảnh không nén; quả thực, cục Dược phẩm và Thực phẩm Mỹ yêu cầu này bằng cách quy định cho chụp nhũ ảnh kỹ thuật số. Luật sư tranh cãi, tuy nhiên, đó là chính xác những gì giải thích nên được lưu trữ. Các chiến lược bảo thủ nhất là để tránh tổn hao khi nén, bất kể sự hấp dẫn của các khoản tiết kiệm chi phí hạ tầng tiềm năng.
Tổ chức các tiêu chuẩn quốc tế (ISO) và và Hiệp hội kĩ thuật điện thế giới (IEC) đã tham gia ủy ban kĩ thuật để thiết lập các khả năng cho các tổ chức với cả tiêu chuẩn về nén ảnh và video. Kết quả là chuẩn JPEG và họ tiêu chuẩn MPEG đã được ra đời.
Trong máy ảnh và các ứng dụng web kỹ thuật số của người tiêu dùng, sử dụng rộng rãi 8 bit thang màu xám hoặc màu lossy cosin rời rạc định dạng JPEG là thực sự chỉ một tập hợp con của một số lượng lớn các đề án quy định tại một số tiêu chuẩn. thêm vào đề án JPEG được sử dụng cho các loại hình ảnh y tế, bao gồm:
i. 12 bit biến đổi cosin rời rạc, áp dụng đối với hình ảnh thang độ xám của độ sâu bit lớn hơn;
ii. Nén lossless 16 bit với sự khác biệt và Huffman mã hóa;
iii. JPEG 2000, với sự biến đổi wavelet và mã hóa số học, trong cả lossless và các biến thể lossy.
Đối với hình ảnh y tế có liên quan đến nhiều khung hình có chứa dư thừa giữa khung hình (ví dụ hình ảnh cine mua theo thời gian hoặc liên tiếp 3-D mặt cắt), mặc dù mỗi khung có thể được mã hóa riêng biệt sử dụng JPEG hoặc JPEG 2000, đề án khác, chẳng hạn như đa thành hoặc 3-D JPEG 2000 hoặc MPEG, có thể được áp dụng.
Mặc dù có một số chung quyền sở hữu hay de facto tiêu chuẩn định dạng tập tin khác với các chương trình nén vốn có sử dụng rộng rãi trên web và cho ứng dụng chuyên nghiệp khác như GIF (định dạng trao đổi đồ họa), PNG (đồ họa mạng di động) và TIFF, những hiếm khi được sử dụng cho các hình ảnh y tế, do hạn chế độ sâu bit hoặc thiếu sự hỗ trợ nén đủ. Mặc dù định dạng tập tin với các chương trình nén mà thường được sử dụng cho các văn bản và các file dữ liệu, chẳng hạn như bưu điện, cũng có thể được áp dụng cho hình ảnh, họ thường không như hiệu quả như phương pháp tận dụng lợi thế của cấu trúc hình ảnh.
16.5.6.Nén ảnh trong DICOM
DICOM làm cho sử dụng gần như độc quyền của ISO-IEC nén chuẩn đề án, định nghĩa cú pháp chuyển giao cho mỗi JPEG thích hợp và MPEG lossless và lossy.
Cách tiếp cận này cho phép các thiết bị giao tiếp trên mạng để đàm phán các chương trình nén thích hợp nhất nhằm sử dụng tùy thuộc vào hoàn cảnh. đàm phán kết hợp cho phép người gửi đề xuất kết hợp của các loại của hình ảnh (lớp SOP) và các loại nén (cú pháp chuyển giao) và nhận để chấp nhận hoặc từ chối mỗi sự kết hợp, tùy thuộc vào khả năng của mình. Đối với hình ảnh nén lossless, trong mọi trường hợp có một cơ chế dự phòng để cho phép mặc định, không nén, cú pháp truyền được sử dụng trong trường hợp người nhận không hỗ trợ bất kỳ chương trình nén được đề xuất. Điều này là không cần thiết cho lossy hình ảnh nén, các nguyên tắc được rằng người gửi có thể không