Форматы хранения и передачи медицинских изображений

Как говорилось ранее, все изображения представляют собой двумерный массив и различаются только типом пикселя. В то же время всем известно, что в настоящее время в мире широко используются несколько десятков различных форматов файлов для хранения и передачи растровых изображения. Здесь можно выделить следующие три основные причины использования форматов:

· разнообразие сопроводительной информации. Кроме непосредственно самого массива пикселей, в файле изображения необходимо хранить еще как минимум размеры, а также описание структуры пикселя с указанием его типа и битности.

· использование процедур сжатия данных. Цифровые изображения, особенно полученные на оптическом сканере с высоким разрешением, занимает много места на диске и в памяти компьютера. По этой же причине оно медленно обрабатывается и передается по различным сетям компьютерной коммуникации. Для многих практических приложений - прежде всего для систем архивирования данных – задача уменьшения объема цифровых изображений стоит очень остро.

· исторические причины. Различные фирмы-разработчики программного обеспечения и устройств ввода для работы с изображениями, впустившие некогда собственные форматы хранения и передачи изображений, старались в дальнейшем поддерживать и распространять именно этот формат данных.

Наиболее распространенными на сегодняшний день являются следующие форматы медицинской визуализации: BMP, TIFF, JPEG, GIF и DICOM.

Формат BMP (расширение файлов.bmp) предназначен для Windows и поэтому поддерживается всеми приложениями, работающими в этой операционной системе. Формат позволяет использовать палитры из 2, 16, 256 цветов, а также полную палитру из 16 миллионов цветов. Существует несколько разновидностей этого формата:

· обычный, с расширением.bmp;

· сжатый, с расширением.rle; сжатие происходит без потерь, но поддерживаете* только 4- и 8-битный цвет;

· формат, не зависящий от устройства (Device Independent Bitmap) с расширением.dib.

Формат TIFF (Tagged Image File Format) - универсальный формат графических файлов (расширение файлов.tif) был создан в качестве универсального формата хранения цифровых изображений. Он имеет самый широкий диапазон передачи цветов от монохромного до 24-битной модели RGB и 32-битной модели CMYK. Важным достоинством этого формата является его переносимость на разные платформы.

Формат TIFF поддерживает LZW-уплотнение - алгоритм, который позволяет выполнять сжатие файла без потерь информации.

В формате TIFF могут сохраняться также подписи специального стандарта для идентификации передаваемых текстов и изображений.

Формат JPEG (Joint Photographic Experts Group) - объединенная группа экспертов фотографии (расширение файлов jpg) - самый популярный формат для хранения фотографических изображений. JPEG является стандартом в Интернете и предназначен для сохранения растровых изображений со сжатием, уменьшающим размер файла от десятых долей процента до 100 раз за счет отбрасывания избыточной информации, не влияющей на отображение документа. Но практически диапазон сжатия значительно уже: от 5 до 15 раз. Хотя алгоритм сжатия изображения этого формата и ухудшает качество, он может быть легко настроен на минимальные, практически незаметные для человеческого глаза, потери. Распаковка JPG-файла происходит автоматически, во время его открытия. Между качеством изображения и степенью уплотнения существует обратная зависимость: чем более высокую степень сжатия для результирующего изображения задается, тем хуже будет его качество.

Формат GIF (Graphics Interchange Format) - формат для обмена графической информацией (расширение файлов.gif). Главным достоинством этого формата является малый размер файлов, и поэтому он до сих пор сохраняет свое значение основного графического формата World Wide Web. Из распространенных графических форматов GIF однозначно уступает по степени сжатия только формат JPEG. С другой стороны, преимуществом JPEG, по сравнению с GIF, является возможность хранить полноцветные изображения с 16 миллионами цветов, тогда как GIF ограничен лишь 256-цветной палитрой и поэтому малопригоден для хранения медицинских изображений.

Формат MPEG (Moving Picture Experts Group) – формат сжатия, обработки и представления движущихся изображений и звука.

Форматы сжатия семейства MPEG сокращают объем информации следующим образом:

· Устраняется временная избыточность видео (учитывается только разностная информация).

· Устраняется пространственная избыточность изображений путем подавления мелких деталей сцены.

· Устраняется часть информации о цветности.

· Повышается информационная плотность результирующего цифрового потока путем выбора оптимального математического кода для его описания.

Формат DICOM

DICOM (Digital Image and Communication in Medicine) - это единый унифицированный формат для передачи и хранения медицинских изображений.

Многие современные цифровые аппараты УЗИ, эндоскопические видеопроцессоры, рентгеновские системы и компьютерные томографы для работы с изображениями пользуются форматом хранения данных DICOM-3.0. Этот универсальный формат данных позволяет хранить не только серии изображений, но также большое количество дополнительной информации об условиях получения этих изображений. Стандарт DICOM 3 распространяется на передачу растровых медицинских изображений, получаемых с помощью различных методов лучевой диагностики (рентгенография, ультразвуковая диагностика, эндоскопия, компьютерная и магнитно-резонансная томография и др., всего в нем перечислены 29 методов).

Файл, хранящий одно изображение в стандарте DICOM, является сложной структурой данных, включающей в себя не только непосредственно изображения, но и сопутствующую информацию, такую как: данные об оборудовании, на котором проводилось исследование; описание проведенного исследования; параметры и описание серии; системы координат связанной с изображением; атрибуты, определяющие само изображение; текстово-графические элементы, графики и комментарии, выполняемые медицинским персоналом и атрибуты, описывающие преобразования над полученными данными и т.д.