Einleitung

Neben den verlustfreien oder auch reversiblen Kompressionsalgorithmen gewinnen in der modernen Bilddatenkommunikation zunehmend verlustbehaftete, d.h. irreversible Kompressionsalgorithmen an Bedeutung.
Der entscheidende Nachteil verlustfreier Kompressionsalgorithmen ist, daß die Kompressionsrate bei Bilddaten recht niedrig ist: normale Bilddaten werden maximal um den Faktor 2.5-3 komprimiert. Verlustbehaftete Kompressionsalgorithmen gestatten hingegen ungleich höhere Kompressionsraten; der Verlust an Bildinformation führt allerdings zu entsprechenden Artefakten im komprimierten Bild.
In der Radiologie fallen große Mengen an Bilddaten an; ein geeigneter Kompressionsalgorithmus sollte daher sowohl schnell sein als auch zu möglichst geringen Verlusten an Bildinformation auch bei hoher Kompressionsrate führen.

Zur verlustbehafteten Bilddatenkompression

Typische Vertreter verlustbehafteter Bildkompressionsalgorithmen sind das JPEG-Verfahren, die fraktale Bildkompression und die Wavelet-Kompression.
Mit dem JPEG-Verfahren hat man einen schnell arbeitenden Algorithmus zur Verfügung, allerdings werden schon bei niedrigen Kompressionsraten die typischen blockigen Artefakte deutlich im Bildmaterial sichtbar.
Bei der fraktalen Kompression steigt die benötigte Rechenzeit im Verhältnis zur Kompressionsrate exponentiell; die Datensätze sind sehr komplex. Damit ist dieses Verfahren zur Verwendung im Online-Betrieb weniger geeignet.
Mit der Wavelet-Kompression lassen sich sehr hohe Kompressionsraten erzielen; die Komplexität der Datensätze bleibt dabei klein, und die benötigten Rechenzeiten sind sehr kurz, ein entscheidender Faktor im Hinblick auf einen Einsatz im Online-Betrieb und insbesondere in der Teleradiologie.

Eigene Untersuchungen anhand von CT- und MRT-Bilddatensätzen

Wir haben mit einem Standard-Wavelet-Algorithmus der Fa. Summus, Ltd. auf einer Picos-Workstation (Fa. Atec GmbH, Kassel) evaluiert, inwieweit unterschiedlich skalierte Wavelet-Kompressionen den Bildeindruck beeinflussen und ggf. diagnostisch verfälschen.
Typische Untersuchungen in der Computer- und Kernspintomographie wurden mit unterschiedlichen Kompressionsstufen komprimiert und zehn verschiedenen Radiologen zur Beurteilung vorgelegt. Dabei war sowohl die Kompressionsstufe zu benennen, ab der der Einfluß auf das Bildmaterial erkennbar wurde als auch diejenige, deren Einfluß auf die Beurteilbarkeit des Bildes als störend empfunden wurde.
Unsere Ergebnisse zeigen, daß das Verhalten der Wavelet-Kompression direkt vom Bildinhalt, insbesondere dem Niedrigkontrast und dem Signalrauschen, abhängt.
Typische Niedrigkontrastaufnahmen, wie etwa die CT des Schädels oder der Wirbelsäule tolerieren bestenfalls niedrigere Kompressionsstufen zwischen Faktor 6 und Faktor 10. Vertreter des Hochkontrastes, exemplarisch seien die CT der Felsenbeine, der Nasennebenhöhlen und des Lungengewebes genannt, sind hingegen mit deutlich höheren Kompressionsstufen bis hin zu einem Faktor von 50-60 akzeptabel. Die übrigen klinischen Schnittbildakquisitionen liegen zwischen diesen Extremen.

Zur Illustration haben wir eine Seite mit einigen Beispielen bereitgestellt.

Zusammenfassung

Nach unseren ersten Ergebnissen ist die Wavelet-Kompression eine Schlüsseltechnologie für die Bildarchivierung und Bilddatenkommunikation, letzteres vor allem aus teleradiologischer Sicht. Insbesondere minimiert die Bilddatenkompression mittels des Wavelet-Verfahrens die Archivierungs- und Online-Kosten und verbessert allein aufgrund der erheblich erhöhten Bildübertragungsgeschwindigkeit deutlich die Performance im Netz.

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