Verlustbehaftete Kompression in

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Eduard Brandt
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1 , Thomas Kalinski, Harald Hofmann, Albert Roessner, Johannes Bernarding 1

2 Einleitung.1 Übersicht Digitale Pathologie Informationssystem Pathologie (IS-P) Präparatverwaltung Blockverwaltung Slideverwaltung Befundverwaltung Materialeingang MWL/ MPPS Zuschnitt & Makroskopie Schnitterstellung & Färbung MWL/ MPPS Mikroskopie Telepathologie Digitalisierung Mikroskopiescanner GPWL / GP-PPS PACS Präparatfotos t Okularfotos Digitale Slides Structured Reports Virtuelles Mikroskop & Befunderstellung Übersicht Digitale Pathologie (DP) B IS-P mit Verwaltungseinheiten (Präparate, Blöcke, Schnitte & Scans) B Unterstützung von Routine sowie Klinik und Lehre B Verlustbehaftete Kompression durchgängig realisieren Beispiel Slide 2

MPPS Zuschnitt & Makroskopie Schnitterstellung & Färbung MWL/ MPPS Mikroskopie Telepathologie Digitalisierung Mikroskopiescanner GPWL / GP-PPS PACS Präparatfotos

3 Einleitung.2 Whole Slide Imaging (WSI) Abschätzung Größe digitaler Objektträger (Slide) Größe eines Bildes für 35 x 15 mm² mit 40x Objektiv in 9 Ebenen: B 35mm*4000Pixel/mm * 15mm*4000Pixel/mm * 3 * 9 = 211GB B Verlustbehaftete Kompression mit 20:1 10,5 GB Maximale Abmessung Pixel (Spalte oder Zeile): B Ausdruck mit 600 dpi 10,6 m B Darstellung mit 75 dpi 85 m Übertragungszeit 120 Minuten (30MByte/s) B Verlustbehaftete Kompression ist zwingend nötig. B Verteilung kompletter Bilder auf Vorrat, auch komprimiert, nicht zeitnah möglich. 3

Ebenen: B 35mm*4000Pixel/mm * 15mm*4000Pixel/mm * 3 * 9 = 211GB B Verlustbehaftete Kompression mit 20:1 10,5 GB Maximale Abmessung 250.

4 Grundlagen.1 Anforderungen der DP Anforderungen an die IT Medizinische Machbarkeit? B Bildqualität Bildinformation im Vergleich zum Mikroskop B Anzahl Fokusschichten Funktionalität gegenüber Mikroskop B Mögliche Kompressionsraten Einfluss der Technik auf Befund S Untersuchungen Virtuelle 3D Mikroskopie B Archivierung Verfügbarkeit über langen Zeitraum, Lizenzfreiheit & Unabhängigkeit Technische Machbarkeit? B Bilderfassung Qualität der Scans B Bildtransport Geschwindigkeit B Kompression Ressourcenbedarf B Bildverteilung Geschwindigkeit des Bildabrufes mit möglichst wenig Transporten und Kopien B Archivierung Speicherplatzbedarf, Zugriffszeiten S Durchgängige Beibehaltung der Kompression tiefe Integration in DICOM S Fragestellung : Beschleunigung Kompression und Bildverteilung 4

Virtuelle 3D Mikroskopie B Archivierung Verfügbarkeit über langen Zeitraum, Lizenzfreiheit & Unabhängigkeit Technische Machbarkeit?

5 Grundlagen.2 Bildverteilung Pathologie Bildverteilung DICOM Bildverteilung Streaming Überblick PACS PACS DCM Zoom J2K SCP JPIP Server DICOM Send JPIP-TS jpip://...überblick... jpip://..ausschnitt... Überblick Zoom Viewer lokal DICOM JPIP Client lokal Übertragung komplettes Bild B DICOM Store-and-forward B Ausschnittberechnung im Viewer Übertragung benötigter Bildteil B DICOM Header + JPIP URL B Ausschnittberechnung im Server 5

SCP JPIP Server DICOM Send JPIP-TS jpip://...überblick... jpip://..ausschnitt.

6 Grundlagen.3 Warum dann JPEG2000? Warum JPEG2000? Überblick Auflösungsprogression Positionsprogression Qualitätsprogression Farbprogression Auflösungsprogression Detail Weitere Merkmale B Selbstenthaltung B Übertragungsprotokoll JPIP (Part9) B Multidocument Qualitätsprogression Positionsprogression Bilder : Taubman, Prandolini, 2003 Architecture, Philosophy and Performance of JPIP Beispiel B1 6

Auflösungsprogression Detail Weitere Merkmale B Selbstenthaltung B Übertragungsprotokoll JPIP

7 Grundlagen.4 Fragestellung Kompressionszeit Fragestellung Beschleunigung Kompression Wann steht das Bild zum Abruf im Archiv zur Verfügung? B t1 = Dauer des Mikrokospiescans B t2 = Dauer des Sendens an das Archiv B t3 = Dauer der (Re)kompression Schnitterzeugung Mikroskopiescan Datenübertragung Archiv Rekompression & Archivierung Bildverteilung t1 + t2 + t3 = Turn around time des Bildes B Minimierung des Zeitbedarfs B Ziel ist das konventionelle Mikroskop 7

8 Ergebnisse.1 Ergebnisse 2 erweiterte Hardware Ergebnisse erweiterte Hardware Material Histologien & Biopsien (n=21) Min. Max. Durchschnitt Größe unkomprimiert [GB] Bildbreite [Spalten] Bildhöhe [Zeilen] Kompressionszeit [Min.] Betriebssystem : W2003 Server X64 JPEG2000 Bibliothek : Kakadu V6.0 Hardware : B Server HP-Proliant DL580 G4, Xeon 12-core 2.99GHz B RAM 32GB B Speicher 5xSAS 72GB lokal Fragestellung Kompressionszeit 8

108800 65634 Kompressionszeit [Min.] 1 37 12 Betriebssystem : W2003 Server X64 JPEG2000 Bibliothek : Kakadu V6.

9 Ergebnisse.2 Ergebnisse 2 Kompressionszeit 8000 Kompressionszeit nach Größe unkomprimiert (n=21) Kompressionszeit [s] Cl28 32 Bit 64 Bit 12 Threads opt.kernel Größe unkomprimiert [GB] 9

nach Größe unkomprimiert (n=21) 7000 6000

10 Architektur 3 Architektur Server Architektur Server Verteilte Serverarchitektur B Presentation in Demilitarisierter Zone (DMZ) ist Proxy Internet Presentation IS-P WEB Server, JPIP-Proxy, (DICOM-Proxy) DICOM HL7 DICOM DMZ JPIP Modalität A (Makroskopie) DICOM Archiv Dicom SCP Security Streaming JPIP Kompressor Modalität B DICOM CIFS Jpeg2000 CIFS (Mikroskopie) Storage Virtualisiert (Fast & long term) 10

(DICOM-Proxy) DICOM HL7 DICOM DMZ JPIP Modalität A (Makroskopie) DICOM Archiv Dicom SCP Security

11 Ergebnisse.4 Zusammenfassung Zusammenfassung Digitale Pathologie erfordert Whole Slide Imaging (WSI) mit Fokusebenen und Bildvarianten WSI sinnvoll mit JPEG2000 / JPIP Integration in DICOM mit Änderungen möglich Probleme IS-P mit Integration B Verwaltungseinheiten und Schnittstellen Anforderungen an Routinebetrieb B Zeitnahe Bildverarbeitung B Speicherplatzbedarf B Kompressionsressourcen Aktuelle PACSysteme nicht vorbereitet B Integration Streaming 11

Bildvarianten WSI sinnvoll mit JPEG2000 / JPIP Integration in DICOM mit Änderungen möglich Probleme IS-P mit

12 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 12

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