Медицинское изображение, определение, понятие, источники изображения.

Матричные изображения, определение, основные характеристики матрицы, области использования.

Матричные изображения имеют в своей основе растр, состоящий из большого числа ячеек — пикселов. Пространственное разрешение матричных изображений тесно связано с количеством содержащихся в них пикселов. Матричные изображения формируются на растровом дисплее аналогично тому, как это происходит на экране телевизора, т.е. путем сканирования электронным лучом по строкам. Тем самым создается режим восприятия изображения в реальном времени. Для создания матричного изображения применяют специальный дисплейный процессор, который через систему связи (интерфейс) подключен к оперативной памяти компьютера. Каждому из элементов матрицы изображения на экране дисплея соответствует определенный участок адресуемой памяти. Таким образом, вся ПЛОЩАДЬ растрового дисплея содержит совокупность пикселов, имеющую свою размерность. В лучевой диагностике экранная площадь дисплея обычно формируется в виде следующих матриц: 64x64, 128x128, 256x256, 512x512, 1024x1024 пикселов. Чем больше число пикселов, на которое разбивается экранная площадь дисплея, тем выше разрешающая способность системы отображения. Чем крупнее матрица изображения, тем более фрагментарным оно представляется наблюдателю. Каждый пиксел изображения формируется в памяти дисплейного процессора различным числом бит — от 1 до 24. Чем большим количеством бит информации представлен каждый пиксел изображения, тем богаче изображение по своим зрительным свойствам и тем больше информации об исследуемом объекте оно содержит. Так, 2-битный пиксел содержит всего 2 г =4 уровня передачи изображения, 8-битный (однобайтный) — 256, 24 битный пиксел имеет свыше 16 млн вариантов. Количество бит, содержащихся в одном пикселе, называют его глубиной. Чем больше глубина пиксела, тем качественнее изображение. Оптимальным вариантом черно-белого изображения является однобайтный пиксел, который содержит 256 градаций серого цвета (от белого — 0 до черного — 256),— так называемая стандартная серая шкала. При изображении в цвете наилучшим вариантом является трехбайтный пиксел, который содержит 16,7 млн цветов (стандарт RGB — Red, Green. Blue — красный, зеленый, голубой). Однако такая палитра цветов требует большого объема памяти компьютера, поэтому в медицинской практике чаще применяют упрощенный, так называемый индексированный, цвет — однобайтный, который содержит 256 цветов. Он несколько хуже по качеству, зато намного рациональнее расходует память компьютера. Кроме того, он быстрее и проще передается по линиям компьютерной связи. И все же для ускорения передачи изображений и более рационального хранения в компьютерной памяти их сжимают (т.е. производят их компрессию) специальными программами в несколько раз, или архивируют. При обратном процессе — разархивировании — качество изображения восстанавливается практически до исходного. Для передачи изображений от компьютера к компьютеру их рекомендуется переводить в один из стандартных форматов, наиболее универсальным из которых является TIFF (Target-Image File Format — целевой файловый формат изображения).

Области использования

В ультразвуковой диагностике - 6-битный пиксел

В радионуклидной диагностике - 8-битный пиксел

В компьютерной томографии - 2-байтные пикселы

В дигитальной рентгенографии и рентгеноскопии - 1024x1024 пикселов

В дигитальной субтракционной ангиографии - свыше 2 Мбайт

 

Радионуклидные методы исследования печени и желчевыделительной системы.

Рентгенологический метод

Рентгенограммы — основной способ изучения лучевой морфологии костей в норме и при патологии.

Для исследования ранних изменений в замыкающих пластинках эпифизов и субхондральном слое кости выполняют снимки с прямым увеличением рентгеновского изображения. При исследовании сложно устроенных отделов скелета (череп, позвоночник, крупные суставы) большую пользу приносит обычная (линейная) томография.

На рентгенограммах трубчатых костей различаются диафизы, метафизы, эпифизы и апофизы. Диафиз - это тело кости. В нем на всем протяжении выделяется костномозговой канал. Он окружен компактным костным веществом, которое обусловливает интенсивную однородную тень по краям кости - ее кортикальный слой, который постепенно истончается по направлению к метафизам. Наружный контур кортикального слоя резкий и четкий, в местах прикрепления связок и сухожилий мышц он неровный. Апофиз — это выступ кости вблизи эпифиза, имеющий самостоятельное ядро окостенения; он служит местом начала или прикрепления мышц. Суставной хрящ на рентгенограммах не дает тени. Вследствие этого между эпифизами, т.е. между суставной головкой одной кости и суставной впадиной другой кости, определяется светлая полоса, называемая рентгеновской суставной щелью. Рентгеновское изображение плоских костей существенно отличается от картины длинных и коротких трубчатых костей. В своде черепа хорошо дифференцируется губчатое вещество (диплоический слой), окаймленное тонкими и плотными наружной и внутренней пластинками. В костях таза выделяется структура губчатого вещества, покрытого по краям довольно выраженным кортикальным слоем. Смешанные кости в рентгеновском изображении имеют различную форму, которую можно правильно оценить, производя снимки в разных проекциях.

 

 

медицинское изображение, определение, понятие, источники изображения.

Медицинское изображение – относительно новое понятие в медицинской диагностике. Это – собирательный термин, включающий в себя совокупность методических, методологических, понятийных и технологических вопросов. Медицинское изображение (Medical Imaging) – это структурно-функциональный образ органов человека, предназначенный для диагностики заболеваний и изучения анатомо- физиологической картины организма. Иногда его называют также диагностическим изображением (Diagnostic Imaging).

Основными источниками для получения медицинских изображений являются методы лучевой диагностики – рентгенологический, магнитно-резонансный, радионуклидный и ультразвуковой. К этим изображениям можно отнести также оптические изображения, основанные на биолюминесценции и флюоресценции. Новым направлением в медицинской визуализации является оптическая когерентная томография, которая начинает широко применяться в офтальмологии.

В широком понимании термин медицинское изображение включает в себя, помимо лучевых образов, также картины органов, получаемые другими физическими способами исследования: эндоскопическими, оптическими, микроскопическими,

инфракрасными и пр.

2. Аналоговые и цифровые медицинские изображения, определение и характеристика.

К аналоговым относятся такие изображения, в которых заключена информация непрерывного характера. Подобные изображения являются основными при восприятии человеком окружающего его мира. Всем аналоговым изображениям, включая медицинские, свойствен ряд недостатков. В частности, затруднено их компактное хранение, обработка в соответствии с потребностями диагностики, передача от пользователя к пользователю. В аналоговых изображениях всегда присутствует много лишних сигналов, или шумов, которые ухудшают их качество. Этих недостатков лишены цифровые медицинские изображения. Они имеют в своей основе ячеистую структуру (матрицу), которая содержит информацию об органе в виде набора цифр, полученных из датчиков диагностического аппарата. С помощью компьютера из сигналов, хранящихся в магнитной памяти, по сложным алгоритмам создается (реконструируется) изображение органов. Цифровые изображения характеризуются высоким качеством, отсутствием посторонних сигналов (шумов). Их легко сохранять в компактном виде на различных магнитных и оптических носителях, обрабатывать на компьютере и пересылать на большие расстояния по сетям телекоммуникаций. Необходимо подчеркнуть, что на современном этапе развития медицинской визуализации цифровые изображения становятся доминирующими в медицинской диагностике.

Аналоговые медицинские изображения могут быть преобразованы в матричные, и наоборот, матричные — в аналоговые. Оцифровку аналоговых изображений с твердых носителей и ввод их в память компьютера осуществляют с помощью сканеров. Для оцифровки пленочных рентгенограмм применяются транспарентные сканеры – дигитайзеры. У этих сканеров рабочий диапазон оптической плотности должен быть выше 3,0 D. В качестве оцифровочного устройства может быть использована также цифровая фотокамера. Основным способом оцифровки рентгеновского изображения с УРИ или оптической системы является ПЗС-матрица (прибор с зарядовой связью). Кроме того, цифровые рентгеновские изображения могут получаться путем прямой рентгенографии на плоских полупроводниковых детекторах –ddR (digital direct Radiography) либо на основе технологии пластин с запоминающим люминофором – CR (Computer Radiography). Устройства для реализации технологии CR, также как и транспа-рентные сканеры, именуются дигитайзерами. В некоторых аппаратах для лучевой визуализации (гамма-камеры, ультразвуковые аппараты) цифровые изображения получаются из аналоговых с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Медицинские изображения в кардиологии собираются детекторами в точно заданные периоды кардиоцикла под управлением электрокардиограммы – т. н. ЭКГ-синхронизированные исследования. Таким путем осуществляются визуализацию сердца при рентгеновской компьютерной и магнитно-резонансной томографии, сцинтиграфии (ОФЭКТ и ПЭТ). Одновременно при этих исследованиях компьютер производит расчет и представление всех требуемых функциональных параметров сердечной деятельности Аналоговые изображения:

• традиционная пленочная рентгенография,

• линейная то мография,

• аналоговая рентгеноскопия,

Цифровые изображения:

• цифровая рентгенография • цифровая рентгеноскопия,

• визиография,

• компьютерная рентгеновская томография,

• дентальная компьютерная томография,

• магнитно-резонансная томография,

• однофотонная эмиссионная компьютерная томография

(ОФЭКТ),

• позитронная эмиссионная томография (ПЭТ),

• сонография,

• ультразвуковое допплеровское картирование,

• мультимодальные (сплавленные, или гибридные) изображения (КТ/ОФЭКТ, КТ/ПЭТ, МРТ/ПЭТ).

 

3. Методы получения и преобразования медицинских цифровых изображений, их преимущества.

Три цифровые методики – компьютерная томография (КТ), ультрасонография (УС) и магнитно-резонансная томография (МРТ) считаются цифровыми технологиями, поскольку в них аналоговая ответная реакция (электрический ток) преобразуется в цифровую форму.

«Настоящее» цифровое изображение представлено в виде цифровой матрицы, т.е. в виде числовых строк и колонок. Числа могут отражать силу эхосигнала при ультразвуковом исследовании, ослабление рентгеновских лучей при КТ, магнитные свойства тканей при МРТ или интенсивность испускаемого флюоресцентным экраном света при цифровой проекционной рентгеновской визуализации. Для показа изображений цифровая матрица трансформируется в матрицу видимых элементов изображения – пикселов – где каждому пикселу, в соответствии со значением цифровой матрицы, присваивается один из оттенков серой шкалы.

Названные системы называются цифровыми или дигитальными, поскольку в них информация о параметрах выражается в цифровой двоичной системе.Цифровые технологии могут применяться и для проекционных рентгеновских методик, поэтому термин «цифровая рентгенография» обычно используется лишь в этом узком смысле.

К преимуществам цифровых рентгенографических систем относятся следующие четыре фактора: цифровое отображение изображения; пониженная доза облучения; цифровая обработка изображений; цифровое хранение и улучшение качества изображений.
Методы преобразования:

Временной метод вычитания — это метод, который можно использовать с целью удаления фоновых структур, когда выявляемость представляющего интерес объекта повышается введением контрастного реагента. Изображения регистрируют с контрастным реагентом и без контрастного реагента, а затем осуществляют вычитание этих изображений.
Основным ограничением цифрового временного вычитания является его подверженность влиянию артефактов, обусловленных движением пациента между моментами времени, когда получаются изображения с контрастом и без контраста.
Временное вычитание неэффективно при контрастных исследованиях (например желчного пузыря), когда между введением контрастного вещества и визуализацией проходит значительное время. До и после контрастных изображений, разделяемых интервалом времени, равным нескольким секундам, может быть ошибка регистрации.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Наряду с временным вычитанием в технике цифровой рентгенографии применяется энергетическое вычитание, которое в меньшей степени подвержено действию артефактов. Временное вычитание зависит от изменений распределения контраста во времени, а при энергетическом вычитании используется выраженная разность свойств ослабления излучения различными органами и структурами человеческого организма. В качестве примера пара изображений может быть получена при двух энергиях E1 и E2 — несколько ниже и несколько выше области нарушения равномерности зависимости коэффициента ослабления излучения йода от энергии излучения. Изображения затем вычитаются одно из другого. В связи с тем, что коэффициент ослабления мягкой ткани изменяется незначительно при двух значениях энергии, тени от всех областей мягких тканей будут практически устранены на разностном изображении. А так как изменения коэффициента ослабления йода значительны, изображение йода сохранится. Контраст (йод—мягкая ткань) возрастает при получении разности изображения.