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Algoritmi di compressione delle immagini digitali in radiologia: standard JPEG2000

Informazioni tesi

  Autore: Federico Mobrici
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2005-06
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria dell'informazione
  Relatore: Giuseppe Baselli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 119

Il lavoro si inquadra in una valutazione sul possibile utilizzo di metodi di compressione che l’Istituto Nazionale Neurologico Carlo Besta di Milano intenderebbe fare in risposta alle problematiche di archiviazione e trasmissione delle immagini nel proprio sistema PACS.
Vengono brevemente richiamati alcuni concetti generali delle immagini diagnostiche (in particolare di quelle di tipo digitale), della percezione psicofisica degli elementi utili per una diagnosi e dei sistemi informatici di archiviazione e trasmissione delle immagini (PACS), con riferimento al protocollo DICOM.
Successivamente, partendo da richiami sui concetti generali della teoria dell’informazione che stanno alla base dei metodi di compressione sia reversibili (lossless) sia irreversibili (lossy), ci si sofferma sui metodi che implementano tecniche di codifica a trasformate. In particolare si illustrano
i principali standard di compressione, il JPEG e il più recente JPEG2000. Di quest’ultimo, basato su trasformata wavelet, si mettono in luce i punti più innovativi e di forza: dominio spazio/frequenza; controllo sulla scala dei dettagli (scalabilità); possibile definizione di ROI; assenza degli effetti di bordo; robustezza agli errori di trasmissione...
Viene infine presentato un confronto tra i formati JP2 e JPG nel caso di codifica lossy, dapprima eseguendo delle simulazioni su alcuni fantocci geometrici per poi concludersi su reali immagini anatomiche, nello specifico CR (computerized radiography), CT (computerized tomography), MRI (magnetic resonance image). I risultati, basati sulla valutazione di alcuni parametri caratteristici che esprimono il grado di fedeltà dell’immagine ricostruita rispetto all’originale, evidenziano la superiore efficienza di compressione di JP2 ma anche una forte variabilità, in termini proprio di efficienza di compressione, al punto tale da non poter prescindere in fase di codifica né dalla specifica modalità diagnostica che ha prodotto l’immagine né dal distretto anatomico di interesse.
Si conclude che la possibilità di applicare questo standard nel contesto di una radiologia merita di essere approfondita. La legislazione vigente non consente compressioni con perdita, ma la flessibilità di questo standard e la possibilità di controllo sul mantenimento di particolari di interesse fa prevedere che questo limite possa essere un giorno superato, consentendo fattori di compressione più spinti senza perdita dei particolari di rilievo.

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Sommario Il lavoro si inquadra in una valutazione sul possibile utilizzo di metodi di compressione che l’Istituto Nazionale Neurologico Carlo Besta di Milano intenderebbe fare in risposta alle problematiche di archiviazione e trasmissione delle immagini nel proprio sistema PACS. Vengono brevemente richiamati alcuni concetti generali delle immagini diagnostiche (in particolare di quelle di tipo digitale), della percezione psicofisica degli elementi utili per una diagnosi e dei sistemi informatici di archiviazione e trasmissione delle immagini (PACS), con riferimento al protocollo DICOM. Successivamente, partendo da richiami sui concetti generali della teoria dell’informazione che stanno alla base dei metodi di compressione sia reversibili (lossless) sia irreversibili (lossy), ci si sofferma sui metodi che implementano tecniche di codifica a trasformate. In particolare si illustrano i principali standard di compressione, il JPEG e il più recente JPEG2000. Di quest’ultimo, basato su trasformata wavelet, si mettono in luce i punti più innovativi e di forza: dominio spazio/frequenza; controllo sulla scala dei dettagli (scalabilità); possibile definizione di ROI; assenza degli effetti di bordo; robustezza agli errori di trasmissione... Viene infine presentato un confronto tra i formati JP2 e JPG nel caso di codifica lossy, dapprima eseguendo delle simulazioni su alcuni fantocci geometrici per poi concludersi su reali immagini anatomiche, nello specifico CR (computerized radiography), CT (computerized tomography), MRI (magnetic resonance image). I risultati, basati sulla valutazione di alcuni parametri caratteristici che esprimono il grado di fedeltà dell’immagine ricostruita rispetto all’originale, evidenziano la superiore efficienza di compressione di JP2 ma anche una forte variabilità, in termini proprio di efficienza di compressione, al punto tale da non poter prescindere in fase di codifica né dalla specifica modalità diagnostica che ha prodotto l’immagine né dal distretto anatomico di interesse. Si conclude che la possibilità di applicare questo standard nel contesto di una radiologia merita di essere approfondita. La legislazione vigente non consente compressioni con perdita, ma la flessibilità di questo standard e la possibilità di controllo sul mantenimento di particolari di interesse fa prevedere che questo limite possa essere un giorno superato, consentendo fattori di compressione più spinti senza perdita dei particolari di rilievo. 17

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