基于DICOM标准的医学图像压缩技术研究

论文摘要

随着医学影像设备如超声、放射、CT等大量进入医院,数字医学影像数据的广泛应用,PACS（Picture Archiving & Communication System）系统应运而生。它是一种用于医学图像采集、存储、管理和传输的图像存档及通信系统（Picture Archiving & Communication System,PACS）。在PACS系统中运行的医学图像必须有统一的标准,美国放射学院和国家电气制造商协会共同制定了DICOM（Imaging and Communication in Medicine）标准,即医学数字成像与通信标准,包括医学的数字成像和通信传输两个方面,成为现在PACS系统中通用的图像标准。医学图像数字量大,对存储设备和传输设备的性能都提出了极大的挑战。因此,对于医学图像压缩算法的研究非常必要。本文基于医学图像的DICOM格式、提升小波变换和BP网络算法原理,结合临床实践的可操作性,对医学图像压缩算法进行了较为深入的研究和探讨。论文的主要工作如下:（1）论文在提升小波变换的基础上,研究了一种新的有效的图像压缩算法。它使用系数为有理数的9/7提升小波滤波器,同时融合了BP神经网络和人眼视觉系统。为了提高重建图像的精确性,本文算法采用改进的系数为有理数的滤波器,解决了小波变换后的系数为浮点数造成的压缩过程不可逆的问题;进一步的,在提升小波变换基础上,针对其滤波器系数进行了大量实验,最终选取到一组有理系数,在数值上接近原来的无理系数,在压缩性能上与原滤波器相差无几。（2）小波变换后根据人眼视觉系统的原理,对小波系数进行按分解级划分,根据频带的重要性选择不同BP网络进行自组织学习压缩。同时,针对BP网络中不同的训练算法进行多组仿真实验和对比,通过得到的仿真结果选取了最优的算法,为后续章节中软件系统的开发打下了基础。（3）基于Windows环境,采用Visual C++可视化编程开发了医学图像压缩软件系统。主要完成本文所提出算法和经典EZW编码压缩算法以及DICOM文件与BMP文件的转换。可以通过可视化拉条来选择图像压缩质量,在当前窗口下观察到不同PSNR值情况时的图像质量来决定最终的压缩比。（4）开发了DICOM文件操作软件。DICOM文件作为一种运行在PACS系统中的特殊的文件格式,有其独特的文件头和数据格式构成方法,在普通电脑Windows系统中不能浏览;同时,一般医学图像像素深度差别大,正常显示范围经常不能包含其全部信息,因此,本文在详细介绍DICOM文件格式的基础上,实现了从DICOM文件格式到位图文件格式的转换以及把窗口区域的图像数据线性的转换到显示器的最大显示范围内,动态调整窗宽和窗位,观察医学图像全部信息,进而使对DICOM文件的浏览不止局限于PACS系统工作站中,而可以在任何一台普通电脑上进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 PACS系统的起源与发展
• 1.3 图像编码技术的发展
• 1.4 经典的编码方法
• 1.5 本课题所做的工作和论文结构
• 1.6 章节安排
• 第二章 DICOM标准与DICOM文件
• 2.1 DICOM标准的组成
• 2.2 DICOM文件格式
• 2.2.1 DICOM文件头
• 2.2.2 DICOM数据集合
• 2.3 小结
• 第三章 小波变换理论及其在图像压缩中的应用
• 3.1 小波变换
• 3.1.1 连续小波变换
• 3.1.2 离散小波变换
• 3.1.3 正交小波变换与多分辨率分析
• 3.2 提升小波变换
• 3.2.1 提升方法基本原理
• 3.2.2 双正交提升CDF9/7小波
• 3.3 嵌入式零树小波编码
• 3.4 小结
• 第四章 神经网络
• 4.1 BP神经网络的结构及学习算法
• 4.1.1 BP网络的结构和性能函数
• 4.1.2 偏导数的链法则
• 4.2 BP网络图像压缩原理
• 4.2.1 BP网络模型
• 4.3 小结
• 第五章 算法改进
• 5.1 算法介绍
• 5.2 算法原理
• 5.2.1 改进的CDF9/7小波滤波器
• 5.2.2 算法步骤
• 5.3 本文算法实验结果分析
• 5.3.1 不同的BP网络算法结果
• 5.3.2 本文算法与BP网络算法的对比
• 5.3.3 与EZW压缩算法的对比
• 5.4 小结
• 第六章 医学图像压缩软件的实现
• 6.1 Visual C++软件平台
• 6.2 软件主要功能
• 6.2.1 软件简介
• 6.2.2 软件主要模块
• 6.2.3 各窗口功能介绍
• 6.2.4 系统工作流程框图
• 6.3 核心模块说明
• 6.3.1 EZW编码思路及流程
• 6.3.2 本文算法的主要思路及流程
• 6.3.3 实现本文算法的主要函数
• 6.4 DICOM文件读取和转换软件
• 6.4.1 窗宽和窗位的调节
• 6.4.2 位图文件格式
• 6.4.3 转换流程图
• 6.4.4 DICOM文件操作软件
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（录用）的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表