Модуль ввода-вывода информации системы цифровой рентгенографии (стр. 2 из 12)

На сегодняшний день внедрено уже множество средств обработки и анализа рентгеновского изображения, повышающих его диагностическую информативность. Такая обработка проводится либо непосредственно в процессе получения рентгеновского изображения или опосредованно, апостериорно, т. е. уже после фиксации рентгеновского изображения.

К первому способу относятся: субтракция и гармонизация в самой рентгенотелевизионной системе, цифровая и вычислительная рентгенография, рентгеноскопия и ангиография; ко второму — субтракция и логетронирование рентгенограмм, автоматический анализ изображений, цифровая обработка рентгенограмм.

На рисунке 2.2 представлен тракт преобразования изображения при рентгеновском исследовании с помощью ЭВМ. Полученное на флюороскопическом экране световое изображение усиливается электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и поступает через оптическую систему на вход телевизионной трубки ТТ, превращаясь в последовательность электрических сигналов. С помощью АЦП производится дискретизация и квантование, а далее запись в оперативную цифровую память – ОЗУ и обработка сигналов изображения по заданным программам ЭВМ. Преобразованное изображение вновь превращается в аналоговую форму с помощью цифро-аналогово преобразователя ЦАП и выводится на экран видеоконтрольного устройства ВКУ полутонового дисплея. Для сравнения на другом экране может регистрироваться первичное изображение непосредственно с телевизионной трубки ТТ.

Рисунок 2.2 – Пример многоступенчатого преобразования изображения О – объект; И – источник; ЭОП – электронно-оптический преобразователь; ТТ – телевизионная трубка; П – приемник

Электрические сигналы телевизионной системы преобразуются с помощью АЦП в цифровую форму и записываются в память, которая хранит исходное изображение – маску, из нее вычитаются все последующие изображения, записываемые в процессе исследования. Результирующее изображение проходит обратное преобразование и наблюдается на экране второго телевизора.

Вместо электрического сигнала от телевизионной трубки в некоторых видах интроскопии могут использоваться сигналы сканирующих датчиков излучения (термография, ультразвуковая диагностика), сигналы матрицы фотоэлектронных умножителей (радиоизотопная диагностика), но последующий тракт преобразования во всех системах, работающих он лайн (online) (в одной линии с ЭВМ), практически одинаков.

В варианте оф лайн (ofline) (когда ЭВМ отделена от интроскопа), оптическое изображение регистрируется, например, на фотопленке, которая затем переносится на ЭВМ, где предварительно изображение считывается теми же методами и обрабатывается аналогичным образом.

Такая общность систем преобразования интроскопических изображений, а также методов и средств их обработки позволяет рассмотреть особенности применения ЭВМ в медицинской интроскопии без разделения по видам исследований. Общность методов и средств обработки интроскопических изображений уже сейчас позволяет ставить вопрос о создании единой цифровой системы для работы с медицинскими изображениями и об организации единых диагностических отделений на основе широкого применения ЭВМ в клинической практике [6].

Большие возможности для клинической рентгенодиагностики имеются при непосредственной цифровой обработке рентгеновского изображения, которая уже вошла в практику компьютерной томографии, ядерно-магнитного резонанса и используется в рутинной рентгенодиагностике. Такие системы обработки рентгеновского изображения позволяют, прежде всего, формализировать качественные признаки изображения, а также осуществлять сложение и вычитание, сглаживание, масштабирование, усиление контрастности, фильтрацию, выделение зон интереса, реконструкцию изображения, построение гистограмм. Введение в практику вычислительных способов рентгенологического исследования позволяет с помощью рентгеноскопии и рентгенограмм получить высококачественное изображение с улучшенными пространственно-частотными и градационными характеристиками. Для практической рентгенологии это означает более раннее распознавание патологических образований, выявление рентгенофункциональных признаков, предклинических проявлений заболеваний.

Примерно с 1983 г. получили распространение цифровая люминесцентная рентгенография и цифровая радиография с усилением изображения. В настоящее время около 40% всех радиологических исследований уже проводятся с помощью цифровой техники.

Причиной этого развития можно назвать следующие преимущества цифровой радиографии:

· раздельная оптимизация записи и воспроизведения изображения;

· улучшение изображения с помощью его обработки;

· моментальная съемка и вывод данных обследования на монитор;

· цифровая запись и сохранение изображения и его передача;

· воспроизведение изображения без потерь его качества.

Любое аналоговое изображение можно превратить в цифровую картину без потери информации. Термин "цифровая радиография" охватывает все методы проекционной радиографии, при которых рентгеновское изображение получается при помощи цифровых компьютерных систем с дальнейшей обработкой. Для этих методов характерно преобразование рентгеновского рисунка, поступившего на детектор, в ряд цифровых параметров. Эта компьютерная цифровая картина может быть быстро обработана.

Преимуществом цифровой радиографии является разделение процессов получения изображения на отдельные этапы:

· детекция лучевой картины;

· обработка изображения;

· запись изображения;

· представление изображения и просмотр;

· архивация.

Напротив, при традиционной радиографии пленка является одновременно изображением, памятью и фактическим материалом.

При обычной пленочной рентгенографии имеют место определенные организационные проблемы. Важнейшим недостатком обычной системы РП ЭУ (рентгеновская пленка – экран усиливающий) является ограниченный динамический диапазон.

Динамический диапазон и контрастность занимают противоположные по отношению друг к другу позиции: большой динамический диапазон делает возможным хорошую регистрацию изображения и средостения ("диапазон сигнала"), но приводит к уменьшению контрастности. И наоборот, высококонтрастная пленка не позволяет осуществить достаточную визуализацию медиастинальных структур.

Цифровые технологии обладают гораздо большим динамическим диапазоном, чем комбинации РП—ЭУ. Это связано с их более высокой устойчивостью к дозовым колебаниям и лучшей визуализацией всего диапазона сигнала от максимального до минимального ослабления рентгеновских лучей. Возможная при цифровой системе обработка изображения оказывает решающее влияние на качество снимка, а тем самым и на диагностическую информативность цифровой радиограммы.

Вместе с тем, в цифровой радиографии цифровыми данными могут обслуживаться функции: сохранение изображения и его передача. Это расходится с традиционной записью изображения, когда пленка служит одновременно детектором, средой отображения и сохранения. Благодаря разделению функций, появляется возможность отдельно оптимизировать каждую ступень процесса передачи изображения.

На первом этапе путем многоступенчатого процесса трансформации детектор преобразует "падающее" ("поступающее") рентгеновское излучение в электрический сигнал, который в аналого-цифровом преобразователе "превращается" в числовые значения. Компьютерная обработка получаемого цифрового изображения служит созданию такого изображения, которое оптимально пригодно для анализа результата обследования. Переработанная картинка передается на проектор (на монитор или лазерную камеру), где цифровые значения снова переводятся в аналоговые электрические сигналы (с помощью цифро-аналогового преобразователя) и, наконец, передаются в виде интенсивности (яркости) на монитор или в виде потемнения на лазерной пленке.

Таким образом, цифровая часть процесса передачи изображения является лишь промежуточным этапом, который служит для того, чтобы воспринимаемая информация была переработана подходящим образом. Детектирование (индикация) и воспроизведение изображения являются также аналоговыми процессами и подлежат таким же физическим законам, как и процессы традиционной радиографии. Разумеется, благодаря раздельной оптимизации и воспроизведения изображения, появляются существенно новые возможности.

В цифровой радиографии детекторная система является важнейшим фактором при регистрации диагностической информации. Причем изображение оцифровывается двояко. С одной стороны, оно разделено на отдельные элементы изображения — пиксели. С другой стороны, происходит процесс квантования яркости каждого отдельного пикселя, другими словами, яркость выражается числом (значение пикселя, растровое значение).

Каждый пиксель может быть описан, исходя из своей позиции в определенной строке или столбце матричного изображения, и представляет интенсивность лежащего в его основе лучевого изображения в этом месте. Расстояние от одного элемента изображения до соседнего обычно обозначается термином "размер пикселя". Однако с точки зрения информационной техники, более корректным будет название "расстояние дискретности".

Размер использованной матрицы изображения обычно равен 1К (1024 ´ 1024) или 2К (2048 × 2048), однако особенно в цифровой проекционной радиографии используются неквадратные матрицы. Следовательно, такие выводы следует понимать лишь как порядок количества данных. Матрица размером 2К занимает объем памяти в 4 раза больше, чем матрица размером 1К, и соответственно больше времени уходит на обработку и передачу. Размер матрицы сам по себе еще не доказывает качество изображения. В зависимости от формата изображения, та или иная установленная матрица может привести к различным размерам пикселя. Так, например, в радиографии с усилением изображения возможны различные форматы масштабирования.