Loading...
 
PDF Print

Digitális képalkotás

6. Digitális képalkotás

Írta: Gyebnár János Norbert és Korom Csaba

Semmelweis Egyetem Radiológiai Klinika

 

6.1. A fejezet oktatásának célja

Feleleveníteni azon ismereteket melyeket a biofizika keretében erről megtanult a hallgató:
A radiológiai képalkotás során valamely fizikai mennyiség térbeli eloszlását látható képpé alakítjuk. Ez a fizikai mennyiség lehet a röntgensugár elnyelődése különböző szövetekben, az ultrahanghullám visszaverődése a szövethatárokról, vagy éppen a radioaktív izotópok eloszlása a szervezetben. Ahhoz, hogy ezeket a fizikai mennyiségeket, azok térbeli eloszlását a radiológiai diagnosztikában használni lehessen, különböző transzformációkkal látható képpé kell alakítani.

6.2. A kép rögzítése

A radiológiai képalkotásban a vizsgálat során keletkező információt kétféle úton, analóg módon és digitálisan rögzíthetjük. Az analóg technika során az információt tartalmazó fizikai jelet (röntgensugár elnyelődése, ultrahang-hullám visszaverődése, radioaktív izotóp eloszlás) kémiai úton rögzített (röntgenfilm) vagy látható fénnyé transzformált formában figyelhetjük meg. Analóg felvételeket napjainkban már csak a hagyományos röntgeneknél alkalmazunk. Ezek lehetnek pillanatfelvételek, melyek röntgenfilmre készülnek, és dinamikus vizsgálatok, melyek során a röntgen-átvilágítóban a röntgensugarakat analóg technikával, képerősítő segítségével egy képernyőn jelenítjük meg és real-time módon vizsgálhatjuk a folyamatokat (pl. nyelés röntgenvizsgálata során a kontrasztanyag végighaladását a nyelőcsövön).
A digitális leképezéskor a fizikai jeleket elektromos impulzusokká alakítjuk, majd ezeket a jeleket számítógép segítségével, annak memóriájában számadatként, digitális kódként rögzítjük.

6.3. A digitális kép

A digitális kép elemi egysége a pixel, vagy képpont. Ezek egy kétdimenziós négyzetrács mentén elhelyezkedő négyzetlapokként foghatók fel, és méretüknél fogva általában pontszerűnek látszanak.

1. ábra: Ugyanazon kép 128x128 (a) és 512x512 (b) felbontásban, de ugyanakkora méretben

 
Minden képpont egy minta az eredeti képből. Minél sűrűbben veszünk mintát, annál több és kisebb képpontunk lesz, és annál pontosabb és nagyobb felbontású lesz a digitális kép.
A pixelek jellemzésére három adatot használunk: Kettő a képpont helyét adja meg a négyzetrácson, ez a képpont címzése. Ha a digitális képet egy koordinátarendszerként fogjuk fel, akkor a képpont címzése az x és y koordináta. A harmadik adat maga a képpont információtartalma, színes képek esetén a színe, fekete-fehér képnél pedig a fényessége. Egy képpont színe csak egyféle lehet. A bitfelbontás vagy színmélység azt mutatja meg, hogy egy képpont maximálisan hány színt jeleníthet meg. A nagyobb színmélység több színt, az eredeti kép pontosabb színvisszaadását teszi lehetővé, de egyben a képfájl méretét is növeli. A színmélységet általában bitekben mérjük. A bit informatikai alapegység, kettes számrendszerben egy helyiértéknek felel meg, értéke 0 vagy 1 lehet. (két bit esetén a lehetséges kombinációk: 00, 01, 10, 11, vagyis 22 azaz 4 kombináció lehetséges). Az 1 bit színmélységű képen két szín látható, a fekete és a fehér. A 8 bites felbontás 256 (28), a 16 bites felbontás 16384 (216) különböző szín megjelenítését teszi lehetővé. A radiológiai diagnosztikában általában szürkeárnyalatos (grayscale) felvételeket használunk, itt a színmélység azt jelöli, hogy a pixel hány különböző szürkeárnyalatot tud felvenni.

2. ábra: Ugyanaz a kép többféle színfelbontással, a: 4 szín – 2bit, b: 256 szín – 8bit, c: 65536 szín, 16bit

 
A fenti számadatok (a koordináták és a színmélység) pontosan jellemzik az adott felvételt. Az elkészült felvételek a számítógép monitorján jeleníthetők meg, és megfelelő szoftverrel elvégezhetjük a leletezést, és utólagosan képmanipulációs eljárásokat is alkalmazhatunk.

Digitális képeket a mai radiológiában gyakorlatilag minden modalitásban alkalmazunk. A CT vagy az MR vizsgálatok elképzelhetetlenek digitális technika nélkül, mert ezeknél a modalitásoknál az egyes képek a vizsgálati adatokból nagy mennyiségű matematikai számítás után jönnek létre, melyekhez nélkülözhetetlen a számítógép.
A digitális képalkotásnak két formája ismeretes, a direkt és az indirekt digitális rögzítés. A direkt módszer során a képek azonnal digitálisan rögzülnek, míg az indirekt digitális felvételek során először analóg felvétel készül, majd magának a felvételnek a digitalizálása történik meg utólagosan, pl. foszforlemez rendszereknél vagy hagyományos rtg. filmek utólagos scannelésével.

6.4. Képmanipulációs eljárások (post-processing)

A digitális radiológiai képeken - elkészültük után - lehetőség van a kép paramétereinek utólagos megváltoztatására. Ezek közül a legalapvetőbb és legfontosabb a kontraszt és a fényerő megváltoztatásának lehetősége. A radiográfiai kontraszt az egymás mellett ábrázolódó képpontok fényintenzitásai közti eltérés, és minél nagyobb ez az eltérés, annál élesebben különülnek el a képen a vizsgálandó struktúrák.
Utólag a kép fényerejét is megváltoztathatjuk, így a kép túl világos vagy túl sötét részei is könnyebben láthatóvá, vizsgálhatóvá tehetők. Az ablakolás a fényerő és a kontraszt együttes megváltoztatásával változtatható. Ha a két paramétert megfelelően változtatjuk, a képen a különböző sugárelnyelésű szervek, szövetek kiemelhetők a pontosabb megítéléshez. Például alacsony fényerő és kontraszt esetén CT vizsgálatnál a csontszerkezet válik jól láthatóvá, míg a többi szerv egészen halvány megjelenésű. Magas kontraszt és magas fényerő esetén a tüdőszövet válik jól vizsgálhatóvá, a többi szerv világos és halvány.

3. ábra: Ugyanazon CT felvétel lágyrészablakkal (a) és tüdőablakkal (b) ábrázolva

 
A digitális képeket a monitoron tetszőlegesen nagyíthatjuk, forgathatjuk. Könnyedén végezhetünk távolságmérést és meghatározhatjuk a relatív denzitásokat is, melyekből következtetni lehet az adott szövet típusára. A CT és MR rétegfelvételeiből könnyedén készíthetünk tetszőleges síkú (multiplanáris, MPR) valamint térbeli (3D) rekonstrukciókat is. Ezek a rekonstrukciók lehetővé teszik az elváltozások pontosabb megítélését. Például az emésztőrendszer 3D rekonstrukciójával az endoszkópos beavatkozáshoz hasonlóan belülről szemlélhetjük meg a bélfalat anélkül, hogy a beteg számára megterhelő, invazív beavatkozást végeznénk.

4. ábra: 3D koponyarekonstrukció
5. ábra: Virtuális colonoscopia

 

6.5. A digitális képalkotás előnyei

A digitális felvételek azonnal megtekinthetők, nincs szükség előhívásra. Az érzékelők a hagyományos filmnél nagyságrendekkel nagyobb expozíciós tartományban dolgoznak, ez lehetőséget nyújt az expozíció utólagos korrekciójára, alul-, vagy túlexponált felvételek esetén azt nem kell megismételni, így a páciens sugárterhelése is csökken.
A felvételek megtekintésekor a számítógépen a leletező szoftver segítségével könnyűszerrel használhatók a különböző utófeldolgozási lehetőségek, a nagyítás, mérés, az ablakolás, a 3D rekonstrukció, stb. Az elkészült felvételeket digitálisan tárolhatjuk, amelyek egyszerre több munkaállomásról is megtekinthetők, az interneten vagy a kórházi hálózaton akár más osztályokra is elektronikusan átküldhetők, így könnyebbé válik a konzultáció. Minőségromlás nélkül készíthető végtelen számú másolat.
A képkészítés és a tárolás jelentősen kisebb költségigényű, valamint az archivált felvételek könnyen visszakereshetőek, bármikor azonnal rendelkezésre állnak.
Az előhívó vegyszerek és a filmek erősen környezetszennyezők, a digitális radiológiai laboratóriumban ezek mellőzhetők.

6.6. A digitális képalkotás hátrányai

A digitális radiológiában használt képalkotó berendezések, munkaállomások, leletező monitorok, szerverek, a hálózat kiépítése igen drágák, így egy új laboratórium felszerelése nagy beruházás igényű, mely csak hosszabb távon válik nyereségessé.
Az analóg technikától eltérő hibaforrásokkal kell számolni. Ilyenek az informatikából származó hibalehetőségek, pl. vírusvédelem, áramkimaradás, hálózati túlterhelés.
A képmanipulációs eljárások nagy szaktudást igényelnek, mert a rosszul manipulált képek akár pathológiás állapotokat is utánozhatnak.

6.7. Digitális képtovábbítás, kórházi hálózatok

Digitális képtovábbítás és képtárolás célja, hogy a bármely hálózatra kapcsolt grafikus munkaállomáson elérhetőek, és az archívumból bármikor visszakereshetőek legyenek a digitális képalkotó modalitások képei és a képhez tartozó szöveges információk is. A digitális képek tárolásához és továbbításához szükséges egy egységes formátum, hogy a különböző berendezésekkel készült felvételek bárhol, bármilyen más berendezésen ugyanúgy jelenjenek meg, és egymással összehasonlíthatóak legyenek. Ezért a radiológiai szakmai társaságok és az orvosi berendezéseket gyártó cégek közösen alakították ki a DICOM (Digital Image COmmunication in Medicine) szabványt, mely az összes modalitás felvételeit egységesen kezeli. Jelenleg a világon minden digitális radiológiai laborban ezt a formátumot használják. A digitális képek tárolásához és használatához szükséges technikai feltételeket a PACS (Picture Archives and Communication System) rendszerek valósítják meg.
A RIS (Radiological Information System) a radiológiai szolgáltatásokat és kapacitásokat tervező, szervező, irányító és ellenőrző információs rendszer. A RIS a radiológiai betegadatokat (pl. lelet, vizsgálati paraméterek, kontrasztanyag típusa) a vizsgálatok PACS-on tárolt és használt képeihez rendeli, vagyis a beteg összes radiológiához kapcsolódó adata egy helyen, a RIS-en tárolódik.
A kórházakban alkalmazott informatikai rendszer (HIS) egységes rendszerben kezeli a betegadatokat, és a klinikai tevékenység adminisztrációs, gazdasági és pénzügyi vetületeit is, ezáltal ellátja valamennyi kórházi munkafolyamat információs feladatait. A HIS segítségével a RIS-en tárolt betegadatokat a páciensek más adataihoz társíthatjuk (pl. kórlap, laboratóriumi leletek, szakorvosi vizsgálatok).
Ezen három informatikai rendszer (PACS-RIS-HIS) összekapcsolásához mindenképpen szükséges egy megfelelő kapacitású hálózati kapcsolat kiépítése, és a különböző adatbázisok között az azonos és szükséges adatok egységes kommunikációja.

6.8. A fejezet üzenete, a levonható tanulságok

A korszerű radiológiában a digitális képalkotás egyre jobban kiszorítja a hagyományos eljárásokat. A digitális képek kezelhetősége, jobb képminősége, valamint az utólagos feldolgozási lehetőségek széles tárháza segíti a radiológust mindennapi munkájában. A betegadatok mellett a radiológiai képanyag kórházi hálózatok általi könnyebb elérhetősége, az online konzílium lehetősége a klinikusok munkáját is nagyban segíti, amely végső soron hozzájárul a hatékonyabb gyógyító munkához.


Site Language: English

Log in as…