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Datenkompression bei Röntgenbildern *
- Empfehlung der Strahlenschutzkommission -

Vom 11. April 2012
(eBAnz. AT vom 26.09.2012 B4)

1 Hintergrund

In der radiologischen Bildgebung fallen große Datenmengen in Form der zu befundenden Bilder an. Diese Datenmengen stellen für einige radiologische Praxen oder Krankenhäuser auch heute noch für die Archivierung nach der Röntgenverordnung ( RöV) ( § 28 Absatz 5 RöV) oder schnelle Bildverteilung im Rahmen fachärztlicher Befundung oder Teleradiologie große Herausforderungen dar. Es bestehen keine Bedenken, eine verlustfreie Kompression anzuwenden. Bei der vertustbehafteten ("lossy") Kompression ist es erforderlich, fachliche Empfehlungen zu geben, unter welchen Bedingungen und bis zu welchem Grad Bilddaten komprimiert werden können. Daher wurde die Strahlenschutzkommission (SSK) vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit gebeten, zur praktischen Umsetzung der Anforderung des § 28 Absatz 5 Satz 2 RöV, "Röntgenbilder können bei der Aufbewahrung auf elektronischem Datenträger komprimiert werden, wenn sichergestellt ist, dass die diagnostische Aussagekraft erhalten bleibt.", Stellung zu nehmen. Diese Stellungnahme versucht einen pragmatischen Ansatz, ohne in diesem Schritt bereits die weitergehenden Fragen der notwendigerweise zu archivierenden Information und der zu Grunde liegenden Definition (Befundbild, Rohbild, Rohdaten, Basisbild) zu klären.

Im Rahmen einer Konsensuskonferenz (Loose et al. 2009) wurde mit Radiologen, Medizinphysikern, Industrie- und Behördenvertretern das Thema Bildkompression von DICOM ¹-Daten behandelt. Auf der Basis der 56 am höchsten bewerteten Studien, die aus 216 Publikationen ausgewählt wurden, sowie der größten aktuell erschienenen Studie aus Kanada diskutierte man, ob und mit welchen Faktoren eine Bildkompression ohne Einschränkung der diagnostischen Bildqualität möglich ist. Das Ergebnis dieser Konferenz, an der mehr als 80 Experten teilnahmen, wurde in der Fachzeitschrift "RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und bildgebenden Verfahren" zu Beginn des Jahres 2009 veröffentlicht. Die vorliegende Empfehlung der SSK nimmt auf diese Publikation und die weiteren zitierten Arbeiten Bezug.

Im Folgenden wird vorausgesetzt, dass die Sicherstellung der Bildqualität für die Befundung auch die Sicherstellung der Bildqualitätsanforderungen an die Archivierung ( § 28 Absatz 5 Satz 2 RöV) garantiert.

Im Gegensatz zur verlustfreien Kompression, bei der physikalisch exakt der identische Bildinhalt bei der Dekompression wiederhergestellt werden kann, wird bei den hier betrachteten verlustbehafteten Kompressionsverfahren der Bildinhalt verändert, jedoch bleiben Bildmatrix und Bildtiefe (Zahl der Graustufen) erhalten. Die Anforderung ist, dass die Bildinformation und Bildqualität für die Diagnose nicht unterscheidbar sind.

Zur Bewertung der Bildqualität von komprimierten Bildern wurden nur diejenigen Studien herangezogen, die die Diagnosequalität (z.B. ROC ²-Analysen) in Bezug auf Kompressionsfaktoren untersucht haben. Hierbei ist natürlich anzumerken, dass aus informationstheoretischer Sicht durch nicht unterscheidbare Werte für die Flächen unter den ROC-Kurven nicht gesagt ist, dass die Aussagekraft für jede zum Beispiel beliebig feine Veränderung tatsächlich unverändert bleibt. Das Design der Studien mit der Auswahl der Fälle, die sich im Allgemeinen am klinischen Alltag orientiert, lässt derartige Bewertungen nicht zu. Für den klinischen Alltag scheint aber diese Auswahl gerechtfertigt.

Vor diesem Hintergrund muss die auf konservativer Basis erfolgte Festlegung der Kompressionsfaktoren verstanden werden. Verdeutlicht wurde auch, dass nur Verfahren zur Kompression von Bilddaten genutzt werden dürfen, die dem DICOM-Standard in allen Punkten entsprechen.

Anzumerken ist weiterhin, dass Röntgenaufnahmen aus dem Mammographie-Screening wegen bestehender rechtlicher Festlegungen bewusst aus den Empfehlungen ausgeklammert wurden, obwohl auch für diese Bilddaten eine Festlegung von Kompressionsfaktoren möglich gewesen wäre, bei denen die diagnostische Aussagekraft (Befundqualität) nach den vorliegenden Studien uneingeschränkt erhalten bliebe. Die SSK folgt diesem Ansatz und legt hier ebenfalls keine Kompressionsfaktoren fest.

Bilddaten der Sonographie und der Nuklearmedizin wurden wegen der Überschneidung mit anderen medizinischen Fachgesellschaften nicht behandelt.

Die einzelnen, den verschiedene Modalitäten und Untersuchungsarten zuzuordnenden Kompressionsfaktoren und verwendeten Kompressionsalgorithmen finden sich in Tabelle 1, die der Veröffentlichung von Loose et al. 2009 entnommen wurde.

Bei einzelnen Modalitäten, wie operativen Navigationssystemen oder Planungssystemen in der Strahlentherapie, ist die Verwendung von "Iossy" komprimierten DICOM-Daten meist deaktiviert. Grund hierfür könnte neben einer fehlenden Implementierung des Standards oder notwendiger Lizenzgebühren auch die Unsicherheit sein, ob eine Kompression die nachfolgende Verarbeitung der Bilddaten und die Ergebnisse beeinflusst. In der Empfehlung des britischen Royal College of Radiologists (RCR 2008) wird hervorgehoben, dass die in der klinischen Routine verwendeten unterschiedlichen Rekonstruktions-Kernel einen größeren Einfluss auf die Nachverarbeitung von Bilddaten haben als eine "Iossy"

Kompression. Eine Empfehlung zu Kompressionsfaktoren für diese Anwendungen wird nicht gegeben, weil keinerlei Studien hierzu vorliegen. CAD(Computer-Assisted Detection)-Programme zur automatisierten Bildverarbeitung, wie z.B. die Erkennung von Lungenrundherden in der CT, tolerieren mit Kompressionsfaktoren von 1:48 Werte, die deutlich über den Empfehlungen der Konsensuskonferenz liegen, ohne Einfluss auf die Volumina der erkannten Rundherde (Raffy et al. 2006, Ko et al. 2005). Diese Ergebnisse werden aber z. T. noch kontrovers diskutiert. Die hier vorliegende Empfehlung der SSK bleibt daher bewusst konservativer.