3.3 Методи комп'ютерної обробки рентгенорадіологічних зображень

Стандартні рентгенівські системи здійснюють формування і відображення інформації
аналоговим шляхом. Аналогові системи зазвичай мають дуже жорсткі обмеження на експозицію через малий динамічний діапазон, а також скромні можливості щодо обробки зображень. На відміну від аналогових цифрові рентгенографічні системи дозволяють отримувати зображення при будь-якому необхідному рівні дози, при чому ці зображення можна обробляти і відображати самими різноманітними способами. Такі системи є більш дорогими, ніж звичайні рентгенівські системи, але із розвитком комп'ютерної техніки і систем візуалізації знаходять все більш широке застосування.

Цифрова рентгенодіагностика забезпечується комп'ютерною технологією. Рентгенівська трубка і приймач зв'язані з комп'ютером і керуються ним; а отримане зображення запам'ятовується, обробляється (в цифровій формі) і відображається на екрані монітора, який складає частину пульта керування (або пристрою виведення даних) оператора рентгенолога. Аналогічні пульти керування застосовуються і в інших цифрових системах отримання зображення – комп'ютерній томографії, магнітно-резонансній томографії.

Формування цифрового рентгенівського зображення має ряд переваг. Цифрове зображення можна записати на магнітний носій, оптичний диск або ж вивести зображення на плівку в аналоговій формі за допомогою лазерного принтера, тобто перевести зображення у тверду копію.

В цифровій рентгенології можуть знайти застосування два класи приймачів зображення: приймачі з безпосереднім формуванням зображення і приймачі з частковою реєстрацією зображення, в яких повне зображення формується шляхом сканування або рентгенівським пучком, або приймальним пристроєм (сканувальна проекційна рентгенографія).

До приймачів з безпосереднім формуванням цифрового зображення відносять: 1) підсилювач рентгенівського зображення з аналогово-цифровим перетворювачем; 2) пристрій з вимушеною люмінісценцією (рентгенографія на запам'ятовувальних люмінофорах). Ці приймачі можуть безпосередньо формувати цифрове зображення без проміжної реєстрації і зберігання.

Формування цифрового зображення здійснюється оцифровуванням параметра, що аналізується (інтенсивності світіння екрану, величини струму детектору і т. д.) в процесі реєстрації. Рідше оцифровування проводиться з вже записаних в аналоговій формі зображень, тобто з твердих копій зображення об'єкта, наприклад з рентгенограм. В першому випадку кажуть про інтерактивну (взаємодіючу) обробку інформації. Без сумнівів, інтерактивний спосіб має більше переваг, оскільки будь-яке попереднє формування зображення призводить до втрати частини первинної інформації внаслідок недосконалості приймального пристрою (в нашому прикладі малої динамічної широти рентгенівської плівки).

Оскільки сам принцип растрового характера зображення в першому і другому випадку ідентичний, то розглянемо для наочності процес оцифровування аналогового зображення – рентгенограми. Якщо рівень затемнення вздовж лінії, що проходить поперек аналогового зображення, вимірювати денситометром, то результатом буде крива лінія. Якщо отриману криву розділити на однакові частини, для кожної частини можна розрахувати середню щільність і поставити відповідне числове значення. Після того як вся поверхня рентгенограми буде розбита на лінії і виміряна денситометром, аналогове зображення можна перетворити в так зване цифрове (дигітальне) зображення, яке являє собою матрицю (двовимірну карту) цифрових величин.

Відстань між лініями і розмір формуючих кожну лінію однакових частин визначають дозвіл цифрового зображення. Чотирикутник з висотою, яка дорівнює відстані між двома лініями, і шириною, яка дорівнює одному кроку вздовж лінії, називають елементом зображення, або пікселем (скорочення від picture element). Кожен піксел має в матриці свої просторові координати (ряд і колонку), аналогічні розташованому в тілі пацієнта відповідному йому елементарному об'єму, який називається воксел (volume element). Таким чином, пацієнт складається з вокселів, а цифрове зображення – з пікселів.

Цифрове зображення за своєю природою адаптоване до комп'ютерної техніки. В ній інформація про параметри виражається в цифровій, двійковій, бінарній (від лат. Binaries – подвійний) системі. Бінарну одиницю називають біт (bit [bit] - шматочок). Біт має тільки два значення – нуль і одиниця, що відображає наявність електричного сигналу в системі тільки в двох станах: «є-немає» або двох станів напруги: «низька-висока».

Вся інформація в двійковій цифровій системі кодується комбінацією нулів і одиниць. При перекладі цифр десяткової системи числення, якою ми користуємося, в двійкову систему, яка застосовується в ЕОМ, тобто в систему, в якій кожне число виражається за допомогою лише двох цифр 0 і 1, буде потрібна велика кількість розрядів (цифромісць). Так представлено 16 рівнів затемнення. В двійковій цифровій системі це може бути передане чотирма бітами, чотирма знакомісцями, комбінацією чотирьох знаків з нулів і одиниць, тобто основою два в четвертій степені ().

Вісім бітів (двійкових одиниць) використовується як одиниця кількості інформації і носить назву байт (від англ. byte [bait] - шматок). В більшості випадків байт формує один символ (букву, цифру, спеціальний символ, включаючи всі знаки клавіатури, з якої вводиться інформація оператором). Застосовно до задачі, що розглядається – передача рівнів затемнення, 8-бітовий піксел (байтова система формування піксела) передає варіантів відтінків, тобто рівнів сірої шкали між чорним і білим.

ЗМІСТ