A digitális képrögzítés alapjai

Mint azt az előző fejezetből láttuk az Anger kamera az X,Y pozició jeleket a Z jellel triggelve jeleníti meg pozíció helyesen az oszcilloszkóp erenyőjén a 2-D pozíció érzékeny és energia szelektív detektor által detektált -eseményeket.

A vizsgált objektum aktivitás eloszlás képe, a -események az oszcilloszkóp ernyőjén történő időzített felvillanások sokaságából áll elő az alkalmazott fototechnikai anyagon. A cél, hogy az elrendezésre álló X,Y analóg jelekből a Z trigger jellel (szinkron jel) ütemezve az analóg képrögzítéssel egyidejűleg digitális képet is előállítsunk a további már digitális úton történő képelemzés, kép kiértékelés számára. A digitális képalkotás során az X, Y jelek azonos rendű digitalizálása során a kép un. elemi négyzet alakú képkockákból áll össze. Ezen elemi képkockákat pixel-nek nevezzük, melynek finomsága a digitalizálás rendjétől (bit számától) függ (1. ábra).

 
Az elkövetkezendőkben azt vizsgáljuk meg, hogyan feleltethető meg egy digitális képpont, pixel a -esemény helyének. A kép digitalizálás menetét a 2. ábra alapján követhetjük végig. Az Anger rendszerű gamma kamera az analóg megjelenítő egységét vezérlő X, Y és Z jelekkel párhuzamosan a további feldolgozás számára leválasztva és meghajtva kiadja ugyanezen jeleket egy másik kimeneten.

Az X, Y analóg jelek egyenként az analóg fogadó áramkörök után mintavételezve (Sample & Hold S/H) majd ezt követően analóg-digitál konverzión (ADC) keresztül bináris kóddá lesznek átalakítva. Ha az alkalmazott ADC N-bites, akkor a koordinátákat a jelenként N bitből álló bináris adatokat egy legalább 2N bit hosszúságú regiszterbe kell átírni. A 2N hosszúságú regiszter tartalmát az Interface Vezérlő Egység FRAME parancs esetén címnek tekinti és a digitalizálást végrehajtó egységhez tartozó speciális un. BUFFER MEMÓRIÁ-val a következő művelet sort hajtja végre:

I. BUFFER MEMORY :=0 /*A teljes BUFFER MEMÓRIA nullázása*/
II. <buff.mem.cim> := <buff.mem.cim> + 1 /*MCA alapegyenlet*/
III. Folyamat
IV. Felvett FRAME-ek archíválása

Az itt használt <AD> szimbólum az AD címen lévő tartalmat jelenti. Esetünkben a <buff.mem.cim> nem más mint a 2N bit hosszúságú regiszter által megcímzett memória tartalma, azaz a koordináta jelek által megcímzett memória rekesz tartalma. Így például minél nagyobb gyakorisággal fordul elő egy X_i, Y_i, koordináta, akkor az ahhoz tartozó memória rekesz tartalma annál többször fog növekedni 1-el, azaz memória rekesz tartalma annál több lesz. Így képeződik le az MCA (Multi Channel Analyzer) alapegyenlete a mért radioaktív anyag aktivitás eloszlása memória rekesz tartalom eloszlássá, amelyet FRAME képnek nevezünk. A keletkezett FRAME kép mátrix mérete (2^N*2^N).

 
Ezt a képet egy video vezérlő egység közvetlenül a képfeldolgozó képernyőjén már pozíció helyesen meg tudja jeleníteni. Az látható a 2. ábra alapján is, hogy a FRAME képbegyűjtésre szolgáló speciális BUFFER MEMÓRIA mérete nem lehet 2^2N-nél kisebb méretű. Ha a memória szó szervezésű, akkor a memória nem tartalmazhat kevesebb mint 2^2N számú memória szót - 1 szó = 2 byte minimum, de lehet 3 és 4 byte is -. A másik igen fontos adat ami a digitális képfelvételnél és feldolgozásnál előfordul az ún. pixel méret (Pixel Size, PS) egy adott detektorra vonatkozóan:

PS = D_DET / 2^N

ahol D_DET a detektor meghatározó paramétere (pl. kör alakú detektor esetén az átmérő), N pedig a digitalizálás foka.

Szögletes detektor esetén, ahol általában az X_old. ≠ Y_old. külön pixel méretről beszélünk az x és y irányban ugyanazon digitalizálási fok mellett.

PS_x = X_old. /2^N
PS_y = Y_old. /2^N

Igen szoros fizikai kapcsolat van a digitális képfeldolgozás esetén a detektor felbontó képessége és a használni kívánt pixel méret között.

A kérdés úgy vetődik fel, mi az optimális pixel méret egy adott 2-D pozíció érzékeny detektorra, melynek felbontóképessége FWHM-mel jellemzett. A mintavételi törvényből adódik, hogy az optimális pixel méret és a detektor felbontóképessége között az alábbi összefüggés van:

PS_opt ≅ FWHM/3

Ha ennél lényegesen nagyobb pixel méretet használunk, akkor veszítünk a térbeli felbontóképességből a digitalizálás során. Ha lényegesen kisebb pixel méretet választunk mint az optimális, akkor sem leszünk képesek az FWHM-nél jobb felbontást elérni, legfeljebb tetszetősebbnek látszó kép kapható ha a zaj viszonyok ezt lehetővé teszik.

A másik különösen kutatási és egyedi célokra használt felvételi mód a LIST (a folyamat minta regisztrátumának). Ekkor a LIST jel aktivizálja az Interface Vezérlő Egységet, melynek hatására a következő adatstruktúra áll elő a BUFFER MEMÓRIA-ban. A begyűjtés indulása előtt a BUFFER MEMÓRIA teljes területe nullából indul.

 
Ekkor a memóriába tulajdonképpen egy lista keletkezik az egyes beérkező koordinátákról az idő megszakítás "" bejegyzéssel, és ha használjuk az EKG kapuzást, akkor az ECG bejegyzéssel is (ez egy adott idejű megfigyelése a zajjal terhelt folyamatnak, egy minta regisztrátuma). Ha a kijelölt BUFFER MEMÓRIA megtelt, akkor azt nagyon gyorsan elmentjük, majd nullázzuk és kezdődik az újabb blokk begyűjtése. Ezen begyűjtési mód hátránya, hogy rendkívül nagy a háttér memória igénye. Nagy előnye viszont, hogy a valós FRAME képalkotás (raw data) a LIST adat begyűjtést követően különböző kritériumok alapján valósítható meg. Ha az egyik eljárás valami oknál fogva nem váltja be a hozzá fűzött reményeket kezdődhet egy más paraméterezési módszer előlről mintha mi sem történt volna.

Az a 2. ábrából leolvasható, hogy mind a LIST mód, mind a FRAME mód ütemezését a Z trigger jel végzi. A digitális képrögzítés nagy előnye abból adódik, hogy a felvétel befejezése után különböző feldolgozó algoritmusokkal képrészlet kiemelések, zaj szűrések (háttérlevonás, simitás,) különféle nagyítások... stb hajthatók végre, s ha valamelyik művelet nem a várt eredményt adja, akkor újra kezdődhet az egész feldolgozási folyamat. A legnagyobb hatékonysága ennek a technikának a biokémiai folyamatok dinamikájának nyomon követése, s annak kvantitatív kiértékelésében rejlik. A ROI (Region of Interest) alkalmazásával kijelölhető a képen az a részlet, melynek aktivitás idő függvénye az alkalmazott szervszelektív radioaktív anyag szempontjából érdekes. A lejátszódó biokémiai folyamat idő függvénye kvantitatív kiértékeléssel adható meg. Alapvetően a különböző szervek funkcionális működése értékelhető ki különböző kvantitatív feldolgozó algoritmusok alapján.

 
Az elkövetkezőkben néhány vizsgálaton keresztül mutatjuk be a nukleáris orvosdiagnosztikai képalkotásban a kvantitatív kiértékelés jelentőségét. A 3. ábra egy EKG kapuzott VVT-vel (Vörös VérTest-el) jelölt két irányú - LAO-Opt. és LAO-70 - ún. “blood-pool” szívvizsgálat teljes kvantitatív és kvalitatív kiértékelését mutatja be a szív periódikus megközelítésű működési modellje alapján. A 4. ábra egy dinamikus vese funkció vizsgálat eredményét jeleníti meg az idő függvényében. A 5. ábrán pedig onkológiai szempontból fontos csont metastasis vizsgálat képi eredménye látható.

 

 

---