전자차트시스템에 저장되는 각종의료영상의 손실 압축의 화질 관한 연구: 방사선 영상을 제외한 영상을 중심으로
차순주1,2∙홍성완1∙김용훈1,2∙서정욱2∙이지영2∙김남훈3∙김한성4
1인제대학교 부설 의료영상연구소, 2인제대학교 일산백병원 영상의학과,
3인제대학교 일산백병원 내과, 4인제대학교 일산백병원 병리과
The Evaluation of Image Quality of Medical Image for Electronic Medical Record System: Exclude Radiologic Images
Soon Joo Cha, M.D.
1,2, Sung Hwan Hong
1, Yong Hoon Kim, M.D.
1,2, Jung Wook Seo, M.D.
2, Ji Young Lee
2, Nam Hoon Kim, M.D.
3, Han Sung Kim, M.D.
41Inje University Image Research Center, 2Department of Radiology, Isan Paik Hospital, Inje Unveristy,
3Department of Internal Medicine, Isan Paik Hospital, Inje Unveristy
4Department of Pathology, Isan Paik Hospital, Inje Unveristy
= Abstract =
Purpose: To evaluate acceptable compression rate of JPEG2000 in long term archiving endoscopic images and pathologic images in EMR.
Materials and Methods: Each 10 images of Endoscopy and pathology. All images are compressed with rate of 1:5, 1:10, 1:20, 1:40 by JPEG2000 compression protocol. The pairs of original and com- pressed images were compared by endosopist or pathologist. We designed JPEG2000 viewing pro- gram for comparing two images in one monitor system for easy and quick evaluation. The observers performed comparing study with 2 mega pixel color LCD monitors.
Results: All endoscopic images with 1:10 compression had more than score 1 and were acceptable in diagnosis, and 8 case of 1:40 compression were not acceptable in diagnosis. All microscopic im- ages with 1:20 compression had more than score 1 and were acceptable in diagnosis, and 3 case of 1:40 compression were not acceptable in diagnosis.
Conclusion: Clinically acceptable image compression rate of JPEG2000 in endoscopic images and microscopic images are 1:10 and 1:20.
Key words: PACS, PACS Digital imaging and communications in medicine (DICOM) Data compression
이 연구는 2005년도 인제대학교 학술 연구조성비 지원에 의해 이루어졌음.
통신저자: 차순주, (411-706) 경기도 고양시 일산구 대화동 2240 인제대학교 부설 의료영상연구소
Tel: 031-910-7394, Fax: 031-910-7369 E-mail: [email protected]
서 론
의료 영상 저장 및 전송 시스템(Picture Archiving and Communication System: 이하PACS)이란 디지털 의료 영 상을 획득하거나 아날로그 영상을 디지털로 변환하여 컴퓨터 에 저장하여, 필요한 경우 병원 내에서 영상관찰대가 있는 곳 에서 영상 조회를 할 수 있는 시스템으로 최근 수년 사이에 급 속도로 설치가 이루어져서 국내의 경우 종합 전문 요양 기관의 경우 몇 곳을 제외하고 PACS를 설치하고 가동 중이다 [1-3].
PACS에 보관되고 조회되는 영상은 초창기에는 영상의학검사 에 해당 되었지만 근래에 와서 전자의무기록(Elecronic Medical Record, 이하 EMR)의 실시로 진료행위에서 발생하 는 각종 의료 영상들이 추가 되고 있다 [4, 5]. 이러한 영상도 기존의 PACS 영상과 같이 판독이 완료된 영상들의 장기간 보 관의 경제성을 확보하기 위해서는 적절한 정도의 손실 압축이 필요하다.
이에 저자 등은 새롭게 제시된 JPEG2000의 압축률에 따른 화질 저하에 대한 임상 실험을 바탕으로 영상의학검사 이외의 대표적인 의료영상이라 할 수 있는 내시경영상과 병리조직영 상을 대상으로 장기 전장을 위한 적정한 압축률을 산정하여 권 장 압축률을 제시하고자 한다.
대상 및 방법
실험 대상으로는 저자 등이 소속된 병원에 소속된 내시경을 전공하는 소화기내과 전문의와 병리과 전문의가 소장한 디지 털 영상 중 가능한 작은 병변을 가진 증례를 임의로 각각 10 예를 선택하도록 하였다.
JPEG2000 영상 압축은 페가수스 키트(PICTools 32-Bit Imaging Development kits, Pegasus Imaging Corporation, Tampa, FL. U.S.A.)을 이용하였고, Q- Factor를 조절하여 각각 1:5, 1:10, 1:20, 1:40의 압축률로 적용하여 손실 압축을 하였다.
영상 비교 방법은 압축된 영상과 원본 영상을 일대 일로 비 교를 하도록 하여 두 영상 중 어느 것이 원본인지를 구분할 수 있는지 여부와 구분이 가능하면 어느 영상이 원본인지를 답하 도록 하였으며, 화질의 차이가 있는 경우 판독에 지장이 있을 정도의 차이인지에 대해 답하도록 하였다.
영상 평가는 소화기내과 전문의와 병리과 의사에 의해 이루 어졌다.
영상 비교를 위한 프로그램으로 사용한 JPEG 2000 관찰 프 로그램은 하나의 모니터에 원본 DICOM 영상과 비교해야 할 JPEG2000 압축 영상을 각 한 쌍으로 하여 1번과 2번으로 표
A B C
Fig. 1. A. Original DICOM endoscopic image B. 5:1 compressed image
시를 해 놓고 무작위로 한번에 하나의 영상이 전체 화면을 차 지하도록 보여지도록 한 뒤 키보드의 방향키 또는 마우스 휠에 의해 1번과 2번 영상이 교대로 보여지게 하는 교차표시 방법을 택했다. 이를 위한 프로그램은 저자가 소속된 연구소에서 특별
히 고안한 것으로 했다. 영상평가 시 어느 영상이 원본 영상인 지는 물론 어느 정도의 압축률인지에 대한 사전 정보를 관찰자 에게 알리지 않았고 한 영상당 각기 다른 4 쌍의 다른 압축 영 상과 원본 영상을 비교 함에 있어 압축률을 무순서로 배치하도
A B
C D
E
Fig. 2. A. Original DICOM microscopic image B. 5:1 compressed image
C. 10:1 compressed image D. 20:1 compressed image E. 40:1 compressed image
록 하였으며 영상 비교의 답안은 개발된 프로그램상에서 매 영 상을 비교한 뒤 답안 화면을 표시한 뒤 체크하고 사라지게 하 여 다음 답안에 참고가 되지 않도록 하였다.
비교 연구를 위한 모니터는 저자가 소속된 병원의 PACS에 서 진단용으로 2메가 픽셀(1200×1600 Pixel, 이하 2M) 해상 도를 갖는 포트레이트 형(Portrait Type) 컬러 LCD 모니터 (Totoku, Tokyo, Japan)를 사용하였다.
결 과
내시경 영상의 경우 원본 영상과 압축영상을 구분할 수 없다 고 답한 경우가 1:5영상에서 10예 중 3예이었으며 1:10압축영 상까지는 전례에서 1점 이상의 점수를 받아 진단에 영향을 미 치지 않는 것으로 답하였으며 1:40경우 8예에서 진단에 영향 을 비치는 것으로 답하였다. 병리현미경영상의 경우, 원본 영 상과 압축영상을 구분할 수 없다고 답한 경우가 1:5 영상의 경 우 6예 1:10 영상의 경우가 4예로 내시경 영상에 비해 차이를 구분해 내지 못했으며, 1:20 영상까지 모두 진단에 영향을 미 치지 않는 것으로 답하였고 1:40 영상의 경우 3예에서 진단에 영향을 미치는 것으로 답하였다 (Table 1).
고 찰
PACS에서 발생하는 의료 영상은 해상도도 높고 검사 당 많
지되고 있다.
가장 대표적인 것으로는 내시경 영상으로 적지 않은 병원에 서 이미 PACS에 영상을 저장하고 있거나 별도의 미니 PACS 를 운영하고 있기도 한다[4, 5]. 내시경 영상은 검사당 평균 영 상수가 적고 내시경 카메라의 해상도가 보통 1 메가픽셀이며 3 바이트 컬러영상으로 CR영상과 같은 영상의학 검사들에 비해 서는 데이터양은 크지가 않지만, 검사 건수가 많고 각과의 조 회빈도 수가 높은 것으로 인식되고 있다.
한편 병리조직영상은 고해상도 현미경 카메라 기술을 이용 한 가상현미경의 보급이 현실화 되지 않았으며 디지털 영상으 로의 변환에서의 자동화 업무의 한계 등의 요소로 아직 임상적 으로 활용되기 보다는 연구용 라이브러리 정도로 활용되고 있 다. 하지만 가상현미경 기술은 조만간 일선 병원에 보급될 것 으로 보이며, 비록 조직병리 검사는 전체 검사건수가 검사들에 비해 매우 적기는 하지만[6] 하나의 검사에서 발생하는 영상데 이터가 매우 커질 가능성이 많기 때문에 병리조직 영상 역시 주요한 대상으로 보인다.
영상의 압축에는 영상 파일이 가지고 있는 모든 영상에 관한 정보 값은 그대로 유지하는 무손실 압축과 일부 불필요하다고 인정되는 부분을 없애서 정보량을 줄인 손실 압축이 있다. 손 실 압축률에 대해 대한PACS학회(현 대한의학영상정보학회) 의 가이드 라인이 있다[11]. 이 가이드라인 에서는 손실 압축 을 인정하고 있으며 CR등의 일반 엑스선 영상의 경우 JPEG 압축의 경우 1:10이내 CT, MR의 경우 1:4이내 이어야 한다
Table 1. The results of no difference in image quality
Compression Endoscopy MicroImage
Score 1:5 1:10 1:20 1:40 Total 1:5 1:10 1:20 1:40 Total
3* 3 0 1 0 04 6 4 1 2 13
2* 3 5 2 1 11 3 5 8 1 17
1* 4 5 5 1 15 1 1 1 4 07
0* 0 0 2 8 10 0 0 0 3 03
Note. Score3*: No difference in original and compressed image.
Score2*: Minimal difference without influence in diagnosis.
Score1*: Definite difference without influence in diagnosis.
Score0*: Difference with influence in diagnosis.
[12]. 하지만 최근에 3D MDCT혹은 MRI 검사의 증가로 인 해 이런 영상의 압축 필요성도 인식되고 있으며[5] 기존의 PACS영상이외의 각종 EMR서식을 영상화한 경우와 내시경 영상들 역시 낮은 비트의 영상 들이므로 JPEG2000의 장점 중 하나인 낮은 비트 압축률에 대한 지원 때문에 JPEG2000 압축 이 앞으로 PACS의 기본 압축방식으로 자리 잡을 것으로 보인 다.
영상비교 방법은 두 대의 모니터에 나란히 원본 영상과 압축 된 영상을 표시하도록 하고 영상을 비교하는 방법이 통례이나 이번 연구는 저자들이 개발한 프로그램을 이용하여 한개의 모 니터 상에 원본과 압축 영상을 같은 크기로 교대로 보여줌으로 써 작은 변화도 쉽게 인지 할 수 있는 장점이 있다. 2개의 모니 터를 이용하는 경우 LCD 모니터의 좁은 시야각의 특성상 영 상의 차이를 없애기 위해 정확한 입사각을 가지며 영상을 관찰 해야 하며 두 모니터의 조건을 똑 같게 해야 하는 어려움이 있 다. 또한 하나의 모니터 상하 혹은 좌우를 분할 하여 두 개의 영상을 동시에 표시할 수 도 있지만 표시된 영상의 크기가 줄 어들어 좀더 자세한 관찰을 방해 받을 수가 있다. 홍 등[13]에 의하면 이러한 교차표시 방법을 이용한 경우 정확도는 크게 차 이가 없지만 영상을 관찰하는 시간을 단축할 수 있다고 보고하 였는데 이는 곧 좀더 간편하게 영상을 관찰하는데 도움을 준다 고 불 수 있다.
이 연구의 결과를 보면 내시경영상의 경우가 적은 압축에서 도 영상의 열화가 높게 나오는데 이는 내시경 영상의 크기가 1 메가 픽셀로 3메가 픽셀인 병리영상 보다 낮기 때문이다. 이는 내시경 카메라 기술이 발전하여 고해상도로 올라 가면 역시 압 축률을 더 높일 수 있을 것으로 보인다.
이상의 연구에 의하면 JPEG2000 압축을 이용하는 경우 내 시경영상과 병리 조직영상의 EMR상 장기저장용 영상 압축률 을 각 1:10과 1:20으로 함이 타당하나 한 명의 관찰자에 의하 고 비교대상이 된 영상수가 적기 때문에 독립적으로 시행한 비 교 연구임에도 압축을 시행한 영상 수가 적은 제한 점을 가지
고 있기 때문에 이 압축률이 최선이라고 단언 할 수는 없겠다.
따라서 여러 기관에서의 다양한 기종에서 발생된 영상을 대상 으로 비교 연구가 계속되어 검증하여 이를 적용한다면 EMR 저장 장치의 저장 용량의 경제적인 운용과 유지 보수의 절감을 도모할 수 있으며, 영상조회 시의 네트워크 전송 부담을 크게 줄여 줌으로써 전반적인 시스템 기능 향상을 도모 할 수 있을 것으로 판단된다.
참 고 문 헌
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에서 생성되는 박편 CT영상데이터의 관리: 부PACS의 이용. 대 한PACS학회지 2004;10:1-6
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http://www.pacs.or.kr
12.차순주, 홍성완, 김용훈 등. PACS에서의 CT와 MR영상의 장기 저장에 적용할 JPEG2000손실압축률의 임상적 평가. 대한영상 의학회지 2006;54:227-232
13.홍성완, 전용경, 차순주, 김용훈, 허 감. 두가지 방식의 임상평 가용 JPEG2000 관찰프로그램의 비교. 대한PACS학회지 2006;12:35-40
대한의학영상정보학회지 2008;14:24-29
=초 록=
목적: PACS에서 내시경 영상과 병리 영상의 장기 영상 저장을 위한 손실 압축으로 이용되고 있는 JPEG2000의 임상적으로 허용 가능한 적정 압축률의 기준을 제시하고자 하였다.
대상 및 방법: 병변이 있는 내시경 영상과 병리 실물사진 그리고 현미경 사진 영상을 검사 별 각 5개의 영상을 대 상으로 JPEG2000압축 기법을 적용하여 1:5, 1:10, 1:20, 1:40으로 압축된 영상과 원본 영상의 질을 영상의학 과 의사의 도움아래 내시경영상은 내시경을 직접 시술하는 내과전문의에 의해, 병리 영상은 병리과 의사에 의해 원본 영상과 압축 영상을 비교하여 두 영상이 같다고 판단되면 3점, 미세한 차이는 있지만 진단에 전혀 문제가 없 는 경우 2점, 두 영상간의 뚜렷한 영상의질 차이는 있지만 진단에는 문제가 될 정도는 아닌 경우 1점, 진단에 영 향을 미칠 경우 0점 각각의 독립적인 평가를 내렸다. 영상 관찰대는 컬러 LCD 2메가 픽셀(1200×1600)에서 각 각 비교 검사를 하였다.
결과: 내시경 영상의 경우 1:10압축영상까지는 전례에서 1점 이상의 점수를 받아 진단에 영향을 미치지 않는 것 으로 답하였으며 1:40경우 8예에서 진단에 영향을 비치는 것으로 답하였다. 병리현미경영상의 경우 1:20 영상 까지 모두 진단에 영향을 미치지 않는 것으로 답하였고 1:40 영상의 경우 3예에서만 진단에 영향을 미치는 것으 로 답하였다.
결론: JPEG2000 압축을 이용하여 영상의 장기 저장에 있어 내시경영상은 1:10 병리조직영상의 경우 1:20까지 의 압축률을 유지하는 것이 타당하리라 본다.
