放疗机载成像系统的投影图像压缩方法

常智星; 商嘉文; 范雨涵; 戴建荣; 阎辉

中国医学物理学杂志 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (10) : 1289 -1297.

放疗机载成像系统的投影图像压缩方法

常智星, 商嘉文, 范雨涵, 戴建荣, 阎辉

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摘要

目的：利用动态视频编码算法对放疗机载投影图像进行高效压缩。方法：放疗机载影像系统主要为患者摆位验证以及三维断层图像重建提供二维X光投影图像。由于连续采集的多幅投影图像在时-空域都有很强的关联性，可以利用其相似性对冗余信息进行消除，从而提高图像的压缩率。在图像的压缩过程中，将不同时间采集的图像集排成一个图像序列，将其输入动态图像编码器，输出为一个视频文件；在图像解压过程中，将该视频文件输入动态图像解码器，输出为一个图像序列，然后将其中的图像分配回原来的图像集。在采集的二维投影图像数据库上，测试目前主流的3种动态视频编码算法（AVC、HEVC和AV1）和经典的静态图像编码算法（JPEG 2000）。通过压缩率（CR）、峰值信噪比（PSNR）以及结构相似性（SSIM）等指标对各类压缩算法的性能进行评估，并由临床放疗医生评估压缩前后投影图像的视觉比较。结果：动态视频编码算法的图像CR能优于静态图像编码算法。3种动态视频编码算法的平均CR分别为CR_AVC=11.50,CR_HEVC=30.74,CR_AV1=27.10，而静态图像编码算法JPEG 2000的平均CR为5.28。对于腹部投影图像，当CR达到42.37时，仍能拥有良好的轮廓和纹理细节；对于头颈部投影图像，当CR达到20.71时，虽图像质量不如原始投影图像，但是将重建后的CBCT图像交由临床放疗医生评估，认为仍能满足临床需求。结论：动态视频编码算法有效地利用多幅投影图像间的强关联信息，减少冗余信息的存储，极大地提高图像的CR。