Рентгенология. Реферат Монахова А.А.. Алгоритмы реконструкции и обработки изображений
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
Цифровые технологии Все цифровые технологии и методики на начальном этапе являются аналоговыми. Интенсивность света на флюоресцентном экране, электрический ток, индуцируемый рентгеновскими лучами в КТ-детекторе или эхосигналом в ультразвуковом датчике, или магнетизмом в приемной МР-катушке – все это аналоговая, непрерывная реакция. Три последних 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. Цифровые рентгенографические системы Стандартные рентгеновские системы осуществляют формирование и отображение информации аналоговым путем. Аналоговые системы зачастую имеют очень жесткие ограничения на экспозицию из-зи малого динамического диапазона, а также скромные возможности по обработке изображений. В отличие от аналоговых цифровые рентгенографические системы позволяют получать изображения при любом необходимом уровне дозы, причем эти изображения можно обрабатывать и отображать самыми различными способами. Такие системы являются более дорогостоящими, нежели обычные рентгеновские системы, однако по мере развития компьютерной техники и систем визуализации находят все более широкое применение. Цифровая рентгенодиагностика обеспечивается компьютерной технологией.   Рисунок 10 - Составные элементы цифровой системы получения рентгеновских изображений На рисунке 10 приведена блок-схема типичной рентгенографической системы. Рентгеновская трубка и приемник сопряжены с компьютером и управляются им; а получаемое изображение запоминается, обрабатывается (в цифровой форме) и отображается на телеэкране, составляющем часть пульта управления (или устройства вывода данных) оператора рентгенолога. Аналогичные пульты управления применяются и в других цифровых системах получения изображения – компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии. Формирование цифрового рентгеновского изображения имеет ряд достоинств. Цифровое изображение можно записать на магнитном носителе, оптическом диске или же вывести изображение на пленку в аналоговой форме с помощью лазерного принтера, т. е. перевести изображение на твердую копию. В цифровой рентгенологии могут найти применение два класса приемников изображения: приемники с непосредственным формированием изображения и приемники с частичной регистрацией изображения, в которых полное изображение формируется путем сканирования либо рентгеновским пучком либо приемным устройством (сканирующая проекционная рентгенография). К приемникам с непосредственным формированием цифрового изображения относят: 1) усилитель рентгеновского изображения с аналого-цифровым преобразователем; 2) устройство с вынужденной люминисценцией ( рентгенография на запоминающих люминофорах). Эти приемники могут непосредственно формировать цифровое изображение без промежуточной регистрации и хранения. Устройство УРИ + АЦП (цифровая флюороскопия и флюорография) В системе аналоговой видеофлюороскопии телевизионная камера образует непрерывно меняющийся по направлению электросигнал, который и модулирует яркость свечения экрана телевизионного монитора. Химико-фотографическая обработка рентгеновского снимка. Усиливающие экраны для рентгенографии 3.1 Процесс проявления рентгеновского снимка. Освежение проявителя Проявление фотографического, или рентгеновского, изображения — это очень сложный процесс, цель и смысл которого заключается в усилении, (в миллионы раз) первичного действия лучистой энергии на светочувствительный слой фотографического материала. Сущность процесса проявления, с химической стороны, заключается в реакции восстановления галоидного серебра экспонированных микрокристаллов в металлическое серебро под действием проявляющего вещества, которое при этом окисляется. Процесс проявления начинается с проникновения проявляющего раствора в эмульсионный слой фотографического материала. Как только проявляющий раствор достигнет микрокристаллов галоидного серебра, начинается процесс проявления. Проявление (восстановление) микрокристаллов начинается в центрах проявления, и если микрокристалл начал проявляться, то он проявится целиком. Те микрокристаллы, которые не имеют центров проявления и не находятся в тесном контакте с проявляющимися кристаллами, не восстанавливаются. Число кристаллов, способных к проявлению, зависит не от степени проявления каждого из них, а от величины экспозиции. С продолжительностью проявления оптическая плотность почернения и контрастность изображения возрастают только до определенного момента, после которого увеличение контраста прекращается, а в дальнейшем уменьшается из-за быстрого роста вуали. При повышении температуры раствора скорость работы проявителя увеличивается, но вместе с тем во много раз увеличивается скорость появления вуали (чем скорость проявления изображения) Из сказанного следует, что рентгеновскую пленку в стандартном проявителе следует проявлять в течение того времени и при той температуре раствора, которые указаны на фабричной упаковке с пленкой. Истощение проявителя ведет к уменьшению скорости работы проявителя и к ухудшению проработки светлых мест негативного изображения. В этом же смысле действуют накапливающиеся продукты окисления проявляющих веществ. При истощении проявителя понижается концентрация щелочи и проявляющих веществ. Процесс проявления рентгеновского снимка. Освежение проявителя. Проявление фотографического, или рентгеновского, изображения — это очень сложный процесс, цель и смысл которого заключается в усилении, (в миллионы раз) первичного действия лучистой энергии на светочувствительный слой фотографического материала. Сущность процесса проявления, с химической стороны, заключается в реакции восстановления галоидного серебра экспонированных микрокристаллов в металлическое серебро под действием проявляющего вещества, которое при этом окисляется. Процесс проявления начинается с проникновения проявляющего раствора в эмульсионный слой фотографического материала. Как только проявляющий раствор достигнет микрокристаллов галоидного серебра, начинается процесс проявления. Проявление (восстановление) микрокристаллов начинается в центрах проявления, и если микрокристалл начал проявляться, то он проявится целиком. Те микрокристаллы, которые не имеют центров проявления и не находятся в тесном контакте с проявляющимися кристаллами, не восстанавливаются. Число кристаллов, способных к проявлению, зависит не от степени прог явления каждого из них, а от величины экспозиции. Процесс проявления снимка представлен на рисунке 11.  Рисунок 11 – Процесс проявления снимка С продолжительностью проявления оптическая плотность почернения и контрастность изображения возрастают только до определенного момента, после которого увеличение контраста прекращается, а в дальнейшем уменьшается из-за быстрого роста вуали. При повышении температуры раствора скорость работы проявителя увеличивается, но вместе с тем во много раз увеличивается скорость появления вуали (чем скорость проявления изображения) Из сказанного следует, что рентгеновскую пленку в стандартном проявителе следует проявлять в течение того времени и при той температуре раствора, которые указаны на фабричной упаковке с пленкой. Истощение проявителя ведет к уменьшению скорости работы проявителя и к ухудшению проработки светлых мест негативного изображения. В этом же смысле действуют накапливающиеся продукты окисления проявляющих веществ. При истощении проявителя понижается концентрация щелочи и проявляющих веществ. Освежение проявителя В процессе работы проявитель не только истощается, но и уносится в эмульсионном слое и рамкой-пленкодержателем. Из сказанного следует, что должным способом надо постоянно поддерживать скорость проявления и проявляющую способность раствора. То и другое надо поддерживать на неизменном уровне, чтобы качество снимков было одинаковым. Кроме того, надо каким-то способом сохранять постоянный объем рабочего раствора в бачке до тех пор, пока он не истощится. Все это достигается методом освежения или, как его еще называют, методом восстановления. Сущность метода заключается в том, что в рабочий раствор проявителя добавляется такое же количество восстановителя, какое было унесено рентгеновской пленкой. Освежать рабочий раствор проявителя можно до тех пор, пока объем введенного восстановителя не будет равен примерно половине первоначального объема рабочего раствора. В восстановителе концентрация проявляющих веществ в сравнении с основным рецептом проявителя превышается в 1,5—2 раза, чем и компенсируется истощение рабочего раствора за счет расхода веществ. Более точная концентрация веществ определяется при разработке рецепта восстановителя для каждого проявителя в отдельности. Восстановитель никогда не содержит бромистого калия, так как унос его из рабочего раствора проявителя компенсируется в процессе проявления рентгеновской пленки. Освежающий раствор нужно добавлять в бачок с проявителем до постоянного объема рабочего раствора ежедневно после работы. Систематическое пополнение проявителя освежающим раствором дает возможность увеличить количество проявляемой пленки; например, в стандартном проявителе для рентгеновской пленки (без освежения раствора) можно в одном литре проявить около 1 м2 пленки, а при освежении рабочего раствора — до 1,5 м2. Из этого следует, что освежение рабочих растворов проявителей должно производиться повсеместно, так как, кроме других преимуществ, правильно осуществляемый метод освежения позволяет сократить расход химикалиев. 3.2 Химико-фотографическая обработка снимков Для того, чтобы на рентгеновском снимке можно было различить те малые контрасты, с которыми приходится встречаться при рентгенографии, следует использовать рентгеновскую пленку с большим коэффициентом контрастности. Кроме того, от коэффициента контрастности рентгеновской пленки зависит предел повышения напряжения на рентгеновской трубке. Чем больше величина коэффициента контрастности рентгеновской пленки, тем большая величина напряжения может быть приложена к рентгеновской трубке и наоборот. Ткани тела человека обладают столь малыми контрастами, что фотографические пленки или пластинки не в состоянии передать их. Наиболее подходящей в этом отношении является двусторонняя рентгеновская пленка, на которой эмульсионный слой нанесен с двух сторон подложки. На рентгеновской пленке с двусторонним поливом эмульсии получаются как бы два отдельных, наложенных друг на друга малоконтрастных и недоэкспонированных снимка. В результате чего плотность почернения суммируется и тем самым получается один снимок с оптимальной плотностью почернения и контрастностью. Химико-фотографическая обработка рентгеновского снимка. Режим проявления экспонированной рентгеновской пленки в значительной мере влияет на контрастность изображения. Несоблюдение времени проявления, температуры раствора, частое вынимание рентгеновского снимка из проявителя, несоответствие рецепта проявителя данному эмульсионному слою и целый ряд других нарушений снижают технические качества рентгеновских снимков. Значительная часть неудач при рентгенографии относится за счет неправильного режима проявления рентгеновских снимков. Правильно проявленным можно считать рентгеновский снимок лишь в том случае, если при рассматривании его на негатоскопе не виден палец, помещенный между снимком и негатоскопом за той его частью, где имеется почернение от первичного излучения, не ослабленного объектом съемки. Если тень пальца видна, а снимок дольше проявлять нельзя из-за возможности перепроявления, то, следовательно, экспозиция при съемке была слишком велика. Такую проверку следует делать каждый раз, когда снимок проверяется на правильность примененных режимов съемки и фотографической обработки. Чаще всего причиной серого изображения является недопроявление из-за переэкспонирования при съемке. Для получения оптимальных контрастов рентгеновского изображения рентгенограмму следует проявлять в стандартных условиях, т. е. определенное время при данной температуре раствора, состав которого должен соответствовать обрабатываемому фотографическому материалу, например, 8 мин при 18° С в стандартном рентгеновском проявителе. Усиливающие экраны для рентгенографии. Основным назначением является усиление рентгеновского изображения и увеличение контрастности его. Они снижают также долю рассеянного излучения в общей интенсивности рентгеновского излучения, доходящего до пленки, и тем самым повышают контрастность изображения. Рентгенография с двумя усиливающими экранами позволяет значительно повысить напряжение на рентгеновской трубке без заметного уменьшения контрастности рентгеновского снимка. Повышение напряжения на рентгеновской трубке, в свою очередь, позволяет сократить время экспозиции, в результате чего уменьшается динамическая нерезкость изображения и вместе с тем повышается субъективный контраст. С уменьшением динамической нерезкости и с повышением субъективного контраста значительно возрастает диагностическая ценность рентгеновского снимка. Методы компьютерной обработки изображений, повышающие их качество и информативность Использование методов интерактивной обработки цифровых изображений дает возможность получения новой диагностической информации, создания систематизированных электронных архивов рентгенодиагностической информации с целью их передачи для телеконсультаций. За последние десятилетия в рентгенодиагностике большое внимание уделялось обработке медицинского изображения и распознавания образов с применением многочисленных методов и алгоритмов, позволяющих совершенствовать оценку основных параметров рентгеновского изображения (разрешающая способность, четкость, резкость, яркость, контрастность, оптическая плотность, искаженность, зашумленность, инерционность, артефактность. Основные виды двухмерных и трехмерных реконструкций КТ-изображений, такие, как мультипланарная реконструкция, отображение затененной поверхности, проекции максимальной и минимальной интенсивности, объемный рендеринг. Понятие постпроцессинга КТ-изображений. Обработку исходных аксиальных КТ-изображений с целью создания новых изображений называют постобработкой, постпроцессингом, или вторичной реконструкцией КТ-изображений. В отличие от первичной реконструкции, осуществляемой из сырых данных, для вторичной реконструкции сырые данные не требуются. Основными задачами постпроцессинга КТ-изображений являются: — улучшение оценки пространственных взаимоотношений органов и структур; — наглядное представление КТ-данных (коммуникация с врачами других специальностей, выступление с презентациями, обучение) — специальные клинические приложения для улучшения диагностики заболеваний; — планирование некоторых видов лечения (виртуальная симуляция лучевой терапии, хирургическая навигация). Основные виды постпроцессинга изображений: — мультипланарная реконструкция; — отображение затененной поверхности; — проекция максимальной интенсивности; — проекция минимальной интенсивности; — объемный рендеринг. Мультипланарную реконструкцию относят к двухмерным (2D, от англ. dimension – измерение) реконструкциям, отображения затененной поверхности, проекции максимальной и минимальной интенсивности, объемный рендеринг – к трехмерным, или объемным (3D). Возможность построения большинства перечисленных видов реконструкций входит в стандартное программное обеспечение современных КТ-сканеров. Отдельное положение занимают наиболее сложные виды постпроцессинга (виртуальная эндоскопия, физиологическая визуализация, компьютер-ассистированная диагностика), которые относят к так называемым клиническим приложениям (англ. applications) КТ. Это высокотехнологичные и достаточно дорогостоящие программные продукты, сочетающие в себе сразу несколько способов 2D- и 3D-представления информации, направленные на решение конкретных достаточно узких диагностических задач. Результатом работы этих приложений является наглядное визуализационное представление КТ-данных, расчет количественных параметров (например, времени удвоения объема опухоли) или физиологических карт (например, карт перфузии головного мозга). Обсуждение этих достаточно сложных программных пакетов выходит за рамки данной публикации (рисунок 12).  |