ARCHIVAGE PAR COMPRESSION JPEG 2000 DES IMAGES DANS LA SURVEILLANCE DES METASTASES OSSEUSES DU CANCER DE LA PROSTATE

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1 Journal des Sciences ARCHIVAGE PAR COMPRESSION JPEG 2000 DES IMAGES DANS LA SURVEILLANCE DES METASTASES OSSEUSES DU CANCER DE LA PROSTATE Boucar NDONG ¹, Mamadou Lamine MBOUP ², Khaly TALL ², Abdou Khadre DIOP ², Pape Adama MBOUP 5, Abdoulaye THIOUNE ³, Idy DIOP ², Gora MBAYE 4, Ousseynou DIOP ¹, El Hadj A. L. BATHILY ¹, Sidi Mohamed FARSSI ², Sara SENGHOR ¹,Oumar NDOYE ¹, Mamadou MBODJ ¹, Sylvie Seck GASSAMA ¹ ¹ Service de Médecine Nucléaire, hôpital général de Grand Yoff, Dakar, Sénégal ² Laboratoire d Imagerie Médicale et Bio-informatique, UCAD, Sénégal ³ Laboratoire d Algèbre, de Cryptologie, de Géometrie Algébrique et Applications (LACGAA), UCAD, Sénégal 4 Laboratoire de Physique et de Biophysique Pharmaceutique, FMPO, UCAD, Sénégal 5 Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR 022 CBGP s: Abstract A remote DICOM (Digital Imaging Communication in Medicine) server needs an important storage and a high-speed network of, at least, 100 Mbps. This is a limitation for the storage and for an access on images and image processing softwares. Objective: We set up, in this study, a secondary server that save medical images compressed by JPEG 2000, the new standard of image compression. This first study has to improve the creation of an intranet and a remote server. Method: We compress the images from the DICOM server using the scientific software MATLAB. Results: JPEG 2000 compression save the contrast of bone scintigraphic images. For the lossless compression the results are, respectively, 1.7 and 9.9 for the PNG format and Bitmap format. The lossy compression gives a compression ratio of, respectively, 6.5 and 40.3 for the two formats. That last compression reduces all the images at the weight of 58 Kilo-Bytes. Conclusion: These compression ratios work with a good interpretation of these whole body bone scintigraphic images and permit the image transmission through a low speed network. This makes easy the access on patient data in the hospital. Keywords: Bone scintigraphy, Archiving, Compression, JPEG 2000 Résumé Un serveur délocalisé d imagerie Médicale sous le standard DICOM (Digital Imaging Communication in Medicine) nécessite un important besoin en espace de stockage et un réseau haut débit d au moins 100 Mbits/s. Ceci est un frein pour la sauvegarde, l archivage ainsi que l accès à distance aux images médicales et aux logiciels de traitement. Objectif : Nous appliquons la norme JPEG 2000 pour permettre la compression d images scintigraphiques dans un serveur secondaire pour un meilleur suivi des patients atteints du cancer de la prostate. Cette étude préliminaire aura pour aboutissement la création d un réseau intranet et d un serveur délocalisé. Méthode : Nous avons compressé les images du serveur DICOM de la station de traitement de l image en utilisant JPEG 2000 via le logiciel de calcul scientifique MATLAB. Résultats : La compression JPEG2000 conserve le contraste pour l interprétation des images scintigraphiques. Pour la compression sans perte les résultats ont été respectivement de 1,7 et 9,9 pour les formats PNG et Bitmap. La compression avec perte donne des taux de compression qui sont respectivement de 6,5 et 40,3 pour les deux formats précités. Cette dernière compression réduit, pour les deux formats, la taille des images à 58 Ko. Conclusion : Ces taux de compression élevés compatibles avec une bonne interprétation des images de scintigraphie osseuse corps entier, permettront le transfert de toutes les données sur une station via un réseau bas débit. Ce qui facilitera l accès aux dossiers de tous les patients suivis dans cet hôpital. Mots clés : Scintigraphie osseuse, Archivage, Compression, JPEG Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 1

2 1. Introduction Le cancer de la prostate est une pathologie relativement fréquente chez l homme au-delà de la cinquième décennie. [1] L apparition des métastases osseuses très souvent décelée à la scintigraphie osseuse constitue une complication redoutable de cette maladie cancéreuse qui nécessite un traitement par chimiothérapie. Pour le suivi, ces patients doivent bénéficier des examens scintigraphiques de contrôle deux à trois fois par an. Le traitement numérique de l image apporte des solutions facilitant le suivi de ces patients. En effet, dans l imagerie médicale DICOM (Digital Imaging Communication in Medicine) est non seulement un protocole d échange de données mais aussi un format d images. Ce protocole d acquisition des images contrôle le transfert des données soit par fichier, soit par réseau. Dans le service de Médecine Nucléaire de l hôpital Général de Grand Yoff de Dakar, il n existe qu un serveur d images DICOM doté d un disque dur de 300 Go qui centralise toutes les données. Celui-ci tourne sur un système d exploitation propriétaire dont les mises à jour ne sont plus produites. Dès lors, un risque réel de pertes de données aussi sensibles est encouru en cas d attaque par un virus, de pannes matérielle ou logicielle, de catastrophe naturelle. C est pourquoi il est nécessaire de compresser les images afin de réduire la taille occupée sur disque tout en conservant la qualité de ces images. Il s avère également nécessaire de dupliquer le stockage [2]. Dans le souci de rassembler toutes les données d un patient (radiographie standard, mammographie, échographie ) sur un seul dossier médical géré par un serveur, il est nécessaire de compresser ces données. En effet le dossier d un patient doit être conservé ad vitam aeternam pour le suivi et la recherche médicale. L objectif de ce travail est d appliquer la nouvelle norme JPEG 2000 pour la compression d images scintigraphiques prises sur des patients atteints de cancer de la prostate. Le transfert de ces données sur une station via un réseau, permettra un accès facile des dossiers de tous les patients suivis dans cet hôpital. 2. Méthodologie 2.1. Le système d acquisition des images scintigraphiques L acquisition des images scintigraphiques est obtenue par une gamma caméra SPECT-DHV (Figure 1) contenant deux détecteurs. Ceux-ci sont montés sur un statif qui assure le déplacement des têtes en mode balayage et leur rotation en mode tomographique [3] [4]. Ce protocole corps entier est caractérisé par une vitesse de balayage de 12 cm/s, une matrice , face antérieure, face postérieure. Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 2

3 Figure 1. La Gamma Camera DH-V et sa console d acquisition 2.2. La compression de l image scintigraphique Nous avons utilisé une norme de compression d'images numériques, JPEG 2000, produite par le groupe de travail Joint photographic Expert Group qui utilise la transformée en ondelettes. Elle intègre une fonctionnalité de compression hybride : une compression sans perte et une compression avec perte. Nos images ont été recueillies dans le format brut.bmp (Bitmap) et le format.png (Portable Network Graphics) et compressées par la norme JPEG2000 via le logiciel de calcul scientifique MATLAB. Le taux de compression étant défini comme le rapport entre la taille de l image originale et celle de l image compressée. 3. Résultats 3.1. Présentation et stockage des images Les images scintigraphiques que nous présentons associent 4 images du même patient numérotées de la gauche vers la droite comme suit 1, 2, 3, 4 (voir figures 2, 3, 4, 5) ; 1 et 3 donnent respectivement l image antérieure et l image postérieure pour un certain contraste, 2 et 4 respectivement les images antérieure et postérieure pour un contraste différent Compression sans perte La compression du format.png nous a permis d avoir un taux de compression moyen de 1,7 (tableau1). La compression du format.bmp, nous a permis d avoir un taux de compression moyen de 9,9 (tableau2). Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 3

4 Tableau1 : Taille des images.png (initiale et compressée) et taux de compression sans perte Images PNG Taille de l image Taille de l image Taux de (.png) PNG (Ko) Résultante JPEG Compression 2000 (.j2k) (Ko) Img0.png Img1.png ,6 Img2.png ,7 Img3.png ,6 Img4.png ,6 Img5.png ,7 Img6.png ,7 Img7.png ,7 Img8.png ,7 Tableau 2 : Taille des images.bmp (initiale et compressée) et taux de compression sans perte Images Bitmap Taille de l image Taille de l image Taux de (.bmp) Bitmap (.bmp) Résultante JPEG Compression (ko) 2000 (.j2k) (ko) Img0. bmp ,4 Img1.bmp ,3 Img2. bmp , Compression avec perte Pour les images PNG, le taux de compression moyen est de 6,5 avec des extrêmes allant de 2,0 à 10,5 (tableau3). Le diagnostic initial après compression est conservé (figure 2et 3). Pour les images en format Bitmap de même taille 2339 Ko, la compression avec JPEG2000 donne un taux de compression de 40,3(tableau4). Le diagnostic initial reste inchangé après compression (figure 4 et 5). Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 4

5 Tableau 3 : Taille des images.png (initiale et compressée) et taux de compression avec perte Images PNG (.png) Taille de l image PNG (Ko) Taille de l image Résultante JPEG 2000 (.j2k) (Ko) Taux de Compression Optimal Img0.png ,2 Img1.png ,2 Img2.png ,8 Img3.png ,0 Img4.png ,0 Img5.png ,5 Img6.png ,5 Img7.png ,6 Img8.png ,5 Figure 2. Image au format PNG de taille 473 Ko Figure 3. Image compressée JPEG 2000 de taille 58 Ko Tableau 4 : Taille des images.bmp (initiale et compressée) et taux de compression avec perte Images Bitmap Taille de l image Taille de l image Taux de (.bmp) PNG Résultante JPEG Compression (Ko) 2000 (.j2k) (Ko) Img1.bmp ,3 Img2. Bmp ,3 Img3. Bmp ,3 Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 5

6 Figure 4. Image au format Bitmap de taille 2339 Ko Figure 5. Image compressée JPEG 2000 de taille 58 Ko La taille de toutes les images aux formats.png et.bmp est réduite à 58 Ko après compression au format JPEG Discussion 1.1. Le choix de JPEG 2000 Dans le domaine médical DICOM (Digital Imaging Communication in Medicine) est non seulement un format mais aussi un protocole d échange de données. Il permet le transfert des données soit par fichier, soit par réseau. DICOM n impose pas aux constructeurs l abandon de leurs formats propriétaires, mais les oblige à utiliser ce protocole pour toute procédure d acquisition des images médicales. En effet, JPEG 2000 est un système de compression basé sur les ondelettes qui, utilisées conjointement avec le standard DICOM apporte beaucoup de flexibilité aux systèmes de traitement de l image médicale. [5][6] La norme JPEG 2000 est conçue par le Joint Photographic Expert Group qui a ensuite laissé son développement à la compétition aux universitaires et industriels. Elle intègre beaucoup de fonctionnalités et comble ainsi les limites de JPEG et des autres formats comme BMP, TIFF, PNG etc. Parmi ces fonctionnalités nous pouvons citer la compression avec perte et la compression sans perte, la robustesse aux erreurs de transmission des données numériques, la prise en compte des zones d intérêt (Regions Of Interest). K. Anis et al. [7] [3] ont effectué une compression des images scintigraphiques basée sur les ondelettes avec l algorithme SPIHT. Dans leur étude ils appliquent une compression sans Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 6

7 perte sur les zones d intérêt (ROI) et une compression avec pertes sur les zones moins intéressantes. Le choix de JPEG 2000 apporte, d emblée cette fonctionnalité des ROI. Le serveur d images compressées JPEG 2000 est plus légère que le serveur DICOM qui intègre des outils offrant à l imageur plusieurs possibilités d afficher l image afin de voir les détails aidant ainsi à une bonne interprétation. L application que nous proposons permet de sauvegarder les éléments essentiels de l analyse scintigraphiques afin de pouvoir retracer au fil du temps l évolution du patient Effet de la compression des images médicales sur le diagnostic La compression sans perte de JPEG 2000 que nous avons expérimenté avec nos images scintigraphiques (niveau de gris) a l avantage de réduire le poids des images d un taux de 1.7 pour le format PNG jusqu au taux de 9,9 pour le format Bitmap sans dégradation. Cette différence notable de valeurs dans les taux de compression s expliquerait par le fait que le format PNG a déjà subi une compression sans perte alors que le second format ne compresse pas l image. Quant à la compression avec perte, nous avons trouvé respectivement des taux moyens de compression de 6,5 et 40,3 pour PNG et Bitmap. Compresser une image au format PNG à un taux de 6,5 est un bon résultat car ce dernier format de compression sans perte était l un des meilleurs connus avant JPEG La dégradation qu engendrent cette compression sur l image scintigraphique n est pas perceptible à l œil nu et donc n influent pas sur le diagnostic des lésions. [8] [9] [10] Dans la littérature des taux de compression similaires ont été retrouvés par B. J. Kans et al [8]. L effet de la compression des images sur la détection de lésions suspectes par la mammographie a été auparavant étudié par Liang et al. [9][10]. Ces auteurs ont rapporté, en 2008, que les images mammographiques numériques, compressés au taux de 40 pouvaient être utilisés en substitution aux images originales dans le diagnostic du cancer du sein. Ces auteurs ont étudié l effet de la compression d une part sur le seuil visible de dégradations de l image (taux de compression de 40), d autre part sur le seuil au delà duquel la qualité du diagnostic des lésions est biaisé (taux de compression de 60). Le premier a été jugé plus objectif par les mêmes auteurs. Dans notre étude les taux de compression que nous avons obtenus sont tous inferieurs ou égaux à 40,3. Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 7

8 2. Conclusion L application JPEG 2000 a pour but de réduire l espace disque qu occupent les images scintigraphiques tout en conservant le contraste visuel. Cette nouvelle norme de compression a permis d obtenir des fichiers d une taille sur disque considérablement réduite pour une qualité d images égale ; d où la possibilité de transférer les données sur une station via un réseau, facilitant ainsi l accès aux dossiers de tous les patients suivis à l hôpital. Bibliographie : 1- B. NDONG, M. MBODJ, G. MBAYE, O. NDOYE Place de la scintigraphie osseuse dans le bilan d extension des métastases des cancers de la prostate au Sénégal: étude préliminaire à propos de 45 cas Médecine Nucléaire 2012, 36: Abdelkrim MEZIANE La détection automatique de foyers «chauds» en scintigraphie osseuse 3 e Conférence Internationale : Sciences et Electronique, 27-31Mars 2005, Tunisie 3- K. Anis, K. Nawres, H. Kamel Compresion de sequences d images scintigraphiques avec l algorithme SPIHT CORESA Mai 2004 à Lille 4- Kricha Anis, Khalifa Nawres, Mbainaibey Jerome, Hamrouni Kamel. Compression d images scintigraphiques par régions d intérêt basée sur l algorithme de SPIHT, SETIT 2004 International Conference : Sciences of Electronic, Technologies of Information and Telecommunication. Sousse Mars Joan Bartrina-Rapesta, Joan Serra-Sagristà and Francesc Aulí-Llinàs. JPEG2000 ROI Coding Through Component Priority for Digital Mammography. Computer Vision and Image Understanding, ELSEVIER. October 2010, volumen 115, Issue 1, pp ISSN: Joan Bartrina-Rapesta, Francesc Aulí-Llinàs, Joan Serra-Sarasota and José Lino Monteagudo-Pereria. JPEG2000 arbitrary ROI coding through rate-distortion optimization techniques, in Proc. IEEE Data Compression Conference. pp , March ISSN: (Core 2013: A*) 7- André Aurengo, Thiery Petitclerc, Aurélie Kas Biophysique de la paces à l ENC, EMD S.A.S. 4 e Edition Septembre J. P. Dillenseger. Guide des technologies de l imagerie médicale et de la radiothérapie : quand la théorie éclaire la pratique, Elsevier Masson S. A. S., Mars Liang Z, Effect of different compression technics on diagnostic accuracies of breast masses on digitized mammograms. Acta Radiol 2008; 49: Kocsis O, Visually lossless threshold determination for microcalcification detection in wavelet compressed mammograms. Eur Radiol 2003; 13: Boucar NDONG et al /J. Sci. Vol. 15, N 1 (Janvier 2015) 1-8 Page 8

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