Цифрові методи рентгенодіагностики

Аналогова і цифрова рентгенографія

Усі види медичної візуалізації включають три етапи формуваннязображення:

1. Освіта просторового зображення з найкращими характеристиками.

2. Фіксація і відтворення просторового зображення. При цьому характеристики відтворюють пристроїв доводиться оптимальним чином пристосовувати до клінічних вимог.

3. Запис і архівація зображень. Зображення необхідно записувати у формі зручній для спостереження, збереження і передачі на відстані.

Еволюція радіології протягом двох останніх десятиліть величезна, вЗначною мірою це пов'язано з впровадженням комп'ютерної томографії (КТ) таультрасонографії (УС) в сімдесятих і магнітно-резонансної томографії (МРТ)у восьмидесятих роках. Ці нові методики створюють секційні зображення,тобто двомірні відображення зрізів тканин. Однак більшість обстежень,що проводяться в радіологічних відділеннях, як і раніше базується натрадиційних проекційних зображеннях. Використовувані в проекційноїрентгенівської візуалізації технології можна розділити на три основнігрупи:

1. прямі аналогові технології;

2. непрямі аналогові технології;

3. цифрові технології.

Стандартні рентгенівські системи здійснюють формування івідображення інформації аналоговим шляхом.

Прямі аналогові технології

При даній технології остаточне рентгенівське зображеннястворюється безпосередньо в середовищі-детекторі, тобто без будь-якихускладнюють проміжних кроків. В якості середовища може використовуватисярадіографічних плівка або флюоресцирующим екран. Як плівка, так і екранє аналоговими детекторами рентгенівських променів, тобто їхня реакція напостійну і безперервно збільшується дозу випромінювання також постійна інеперервна, на противагу покрокової, дискретної реакції.
Рентгенівська плівка реагує потемнінням, флуоресцентний екран --випусканням видимого світла (флюоресценція).

Існує два основних напрямки прямий аналогової технології:а) пряма рентгенографія і б) пряма флюороскопії.

Пряма рентгенографія

Видима емульсія плівки містить дрібні кристали бромідусрібла, кожне зерно має діаметр близько 1 мкм. Повнорозмірнарентгенографія забезпечує отримання статичних зображень з найвищимз усіх можливих методик просторовим дозволом (середнє лінійнероздільна здатність становить приблизно 1 мкм = 0,001 мм).

Комбінації що підсилює екран-плівка відповідає характеристичнакрива, що показує залежність потемніння (щільності), фотографічноїемульсії від експозиції (рис.2).

При радіографії досліджувані структури повинні знаходитися в середній,лінійної частини кривої. Тут ефект посилення контрастності плівкоюдосягає максимуму. Нахил лінійної частини кривої називається гамою, ікомбінації екран-плівка з великими значеннями гамми дають висококонтрастнізображення. Такі параметри як чутливість, простороведозвіл і шум значною мірою визначаються підсилюють екранами.

Пряма рентгеноскопія

Традиційна рентгеноскопія (або просвічування) використовувалася длявивчення динамічних процесів до середини шістдесятих років. З тих піртрадиційну рентгеноскопію змінила непряма рентгеноскопія, що використовуєпідсилювачі зображення і телевізійну техніку.

Непрямі аналогові технології

У сучасній рентгеноскопії первинна проекція зображення створюєтьсяна флюоресцентної екрані, в цілому також, як це робиться при прямихтехнологіях. Однак зображення на екрані не спостерігається безпосередньо.
Екран - це частина підсилювача рентгенівських зображень (УРИ), що збільшуєяскравість (свічення) первинного зображення приблизно в 5 000 разів. До складу
УРИ входить рентгенівський електронно-оптичний перетворювач (РЕОП) ізамкнута телевізійна система (рис.8-1). РЕОП складається з вакуумної колбиз люмінісцентні екраном на кождому з її кінців, фотокатода та електронно -оптичної системи.

що надходить з перетворювача зменшене і посилена зображеннячерез систему дзеркал і лінз можна записати малоформатної камерою (форматплівки 70, 100 або 105 мм) або кінокамерою (формат плівки 16 або 35 мм
(см.ріс.8-1)). Запис малоформатної камерою також називають вибірковоїзйомкою, або флюорографії, а вибірковий фільм - флюорограммой. Прифлюорографії одержувана пацієнтом доза становить приблизно 1/10 дози приповнорозмірної радіографії, проте якість зображення (особливопросторове розрізнення) помітно нижче. Кінофлюорографія створює схожіна кіно зображення з частотою, наприклад, 50 кадрів в секунду.
Кінофлюорографія з 35-мм плівкою в Ангіо-і кардіологічних дослідженняхще застосовується (хоча цифрові технології поступово заміняють аналогові).

За допомогою зазначеної оптичної системи зображення може бути записанотелевізійною камерою і показано на моніторі. Зображення буде матикращу якість у випадку безпосередньої оптичного зв'язку вихідного екранупідсилювача і телекамери за допомогою волоконної оптики. Конкретний вибіртелекамери (видикон, плюмбікон, кремнікон) залежить від її призначення.

який виникає в телекамери електричний відеосигнал надходить на екранвідеоконтрольні пристрої, монітор. Флюоресценція або рентгеноскопія здопомогою РЕОПа дозволяє спостерігати на екрані монітора зображення в реальномумасштабі часу, в тому числі і рухові функції організму, при меншійпроменеве навантаження на пацієнта. Зображення, реєстроване телекамерою,може зберігатися на магнітній плівці відеомагнітофона.

Цифрові технології

Всі цифрові технології та методики на початковому етапі єаналоговими. Інтенсивність світла на флюоресцентної екрані, електричнийструм, індукований рентгенівськими променями в КТ-детекторі або ехосигнали вультразвуковому датчику, або магнетизмом в приймальні МР-котушці - все цеаналогова, безперервна реакція. Три останніх методики - комп'ютернатомографія (КТ), ультрасонографія (УС) і магнітно-резонансна томографія
(МРТ) вважаються цифровими технологіями, оскільки в них аналогова відповідьреакція (електричний струм) перетворюється в цифрову форму.

«Справжнє» цифрове зображення представлене у вигляді цифрової матриці,тобто у вигляді числових рядків і колонок. Числа можуть відбивати силу ехосигналупри ультразвуковому дослідженні, ослаблення рентгенівських променів при КТ,магнітні властивості тканин при МРТ або інтенсивність що випускаєтьсяфлюоресцентний екраном світла при цифровій проекційної рентгенівськоївізуалізації. Для показу зображень цифрова матриця трансформується вматрицю видимих елементів зображення - пікселів - де кожному пикселя, ввідповідно до значення цифрової матриці, присвоюється один з відтінківсірої шкали.

Названі системи називаються цифровими або дигітальну, оскільки вних інформація про параметри виражається в цифровій двійковій системі.

Цифрові технології можуть застосовуватися і для проекційних рентгенівськихметодик, тому термін «цифрова рентгенографія» зазвичай використовується лишев цьому вузькому сенсі.

Цифрові рентгенографічні системи

Стандартні рентгенівські системи здійснюють формування івідображення інформації аналоговим шляхом. Аналогові системи часто маютьдуже жорсткі обмеження на експозицію із-зі малого динамічногодіапазону, а також скромні

можливості по обробці зображень. На відміну від аналогових цифровірентгенографічні системи дозволяють одержувати зображення при будь-якомунеобхідномурівні дози, причому ці зображення можна обробляти й відображати самимирізними способами. Такі системи є більш дорогими, ніжзвичайні рентгенівські системи, однак у міру розвитку комп'ютерної технікиі систем візуалізації знаходять все більш широке застосування.

Цифрова рентгенодіагностика забезпечується комп'ютерною технологією.

Рис 2.37 Складові елементи цифрової системи отримання рентгенівськихзображень

На рис. 2.37 наведена блок-схема типової рентгенографічнесистеми. Рентгенівська трубка і приймач пов'язані з комп'ютером іуправляються їм буде, а отримується зображення запам'ятовується, обробляється (вцифровій формі) і відображається на телеекрані, що становить частину пультауправління (або пристрої виведення даних) оператора рентгенолога.
Аналогічні пульти управління застосовуються і в інших цифрових системахотримання зображення - комп'ютерної томографії, магнітно-резонансноїтомографії.

Формування цифрового рентгенівського зображення має ряддостоїнств. Цифрове зображення можна записати на магнітному носії,оптичному диску або ж вивести зображення на плівку в аналоговій формі здопомогою лазерного принтера, тобто перевести зображення на тверду копію.

У цифровій рентгенології можуть знайти застосування два класи приймачівзображення: приймачі з безпосереднім формуванням зображення іприймачі з частковою реєстрацією зображення, в яких повнезображення формується шляхом

сканування або рентгенівським пучком або прийомним пристроєм
(скануюча проекційна рентгенографія).

До приймачів з безпосереднім формуванням цифрового зображеннявідносять: 1) підсилювач рентгенівського зображення з аналого-цифровимперетворювачем; 2) пристрій з вимушеною люмінісценціей (рентгенографія на запам'ятовуючих люмінофора). Ці приймачі можутьбезпосередньо формувати цифрове зображення без проміжногореєстрації та зберігання.

Пристрій УРИ + АЦП

(цифрова флюороскопії і флюорографія)

У системі аналогової відеофлюороскопіі телевізійна камера утворюєбезперервно змінюється у напрямку електросігнал, який і модулюєяскравість свічення екрана телевізійного монітора.

Цифрові флюороскопіческіе системи перетворюють на аналого-цифровомуперетворювачі аналоговий відеосигнал в цифровий, який формуєцифрову матрицю покадрові зображень, пропорційно яскравостіхарактеристикам видимого аналогового зображення.

На рис. 8-1 показана різниця між аналоговим і цифровим сигналом, атакож сформовані ними флюороскопіческіе зображення. Цифровезображення можна вивести на телевізійний екран (цифрова флюороскопії)або сфотографувати малоформатної камерою (цифрова флюорографія).
Різновид цієї технології використовується в ангіографії для відніманнязображень. Цю технологію називають «цифровий» (дигітальну)субтракційну ангіографією (ДСА).

Крім приймачів, безпосередньо що передають зображення на зовнішнєпристрій відображення, що використовуються і приймачі, що безпосередньозапам'ятовуючі зображення.

дигітальну (цифрова, комп'ютерна) рентгенографія

на запам'ятовуючих люмінофора

дигітальну рентгенографія (ДР) заснована на фіксаціїпросторового рентгенівського зображення запам'ятовуючими люмінофорами.
Люминофор з вимушеною люмінісценціей розроблений компанією Fuji Photo
Film.

Приймач зображення являє собою гнучку пластину, покритулюмінофором з вимушеною люмінісценціей, здатної зберігати поглиненуенергію падаючого рентгенівського випромінювання в квазіустойчівом стані, атакож випромінювати цю енергію у вигляді фотонів при опроміненні світлом видимого або
ІЧ-діапазону. Люминофор повинен мати високий коефіцієнт поглинаннярентгенівського випромінювання, а також велику світлову віддачу на одиницюпоглиненої енергії. Для швидкого зчитування зображення стала часулюмінофора повинна бути менш 10мкс. Добре задовольняє цим вимогамфторид барію, активоване Європі, яка є основою длявипускаються промисловістю приймачів з вимушеною люмінісценціей.

Екран (пластина), покритий запам'ятовуючим люмінофором, зовні схожий назвичайний що підсилює екран. Приховане зображення на такому екрані здатнезберігатися, в залежності від виду люмінофора, від декількох хвилин докількох днів, перш ніж якість його впаде нижче прийнятного рівня.
Це приховане зображення може бути прочитані з екрану скануючої системою івідтворено електронно-променевою трубкою.

Зчитування прихованого зображення проводиться інфрачервоним лазером,який стимулює люмінофор і він віддає накопичену їм енергію у виглядівидимого світла (рис. 8-3). Цей феномен називається фотостімулірованнойлюмінісценціей. Вона, як і світіння звичайних підсилюючих екранів,пропорційна числу рентгенівських фотонів, поглинених запам'ятовуючимлюмінофором.

У процесі зчитування вивільняється не вся накопичена екраноменергія. Щоб повністю очистити люмінісцентний екран від прихованогозображення він піддається в процесорі короткочасного інтенсивногоопромінення видимим світлом, після чого екран можна використовувати повторно.

Процес зчитування зображення здійснюється скануючим лазером,світловий потік якого сканує поверхню екрану в растровоїпослідовності, подібно до електронного пучка телевізійного кінескопа.
Лазерний пучок має розмір плями приблизно 0,1 мм, тому дозвілв зображенні сягає 5-10 елементів/мм. Порушує в люмінофоралазером світло з кожної точки екрану фокусується і трансформується велектричний сигнал за допомогою спеціальної оптичної системи іфотопомножувач. Перед фотопомножувач раполагается фільтр, що послабляєстимульований світло, тому що його інтенсивність на декілька порядків вищеніж у світла, еммітіруемого звичайним підсилює екраном.

фотопомножувач, що володіє широким динамічним діапазоном,конвертує варіюється за інтенсивністю світловий потік з екрану взмінюється електричний сигнал, який посилюється, і вимірюється іпроходить через аналого-цифровий перетворювач, щоб сформуватибінарну (цифрову) матрицю, що відображає яскравості показники кожногопікселя. 12-бітна система являє ці показники в діапазоні від 0 до
4095 (2 № І = 4096).

Сигнал, переведений у цифрову форму, передається в процесор (буфер)зображення. Таблиці перекодування процесора забезпечують перетвореннявмісту пам'яті зображення в необхідний діапазон яскравості і контрасту.

Цей пристрій виконує дві функції. По-перше, воно обчислюєсередній рівень затемненості зображення і сумарний діапазон міжсвітлою і темною частинами зображення. По-друге, воно використовує цюінформацію для розрахунку переданого на лазерний принтер оптимальногозображення, що останній і відтворює на прозорій плівці.

Порівняння рентгенографії на запам'ятовуючих люмінофора з рентгенографією на підсилюють екранах і системою УРИ + ТК

Обом систем для отримання якісного знімка потрібна приблизно однаі та ж експозиція (доза). Основна різниця між двома методами пов'язано зїх різної експозиційної широтою, яка у запам'ятовуючих дюмінофоровнадзвичайно велика, і приблизно в 10 000 разів більше, ніж у комплексів «екран -плівка ». У результаті запам'ятовуючі люмінофори здатні відображати більшеширокий діапазон фотонних щільності.

Система запам'ятовуючих люмінофорів формує цифрове зображення,яке може бути візуалізувати на екрані електронно-променевої трубки абооброблено комп'ютером. До переваг таких цифрових зображеньналежить можливість їхньої комп'ютерної переробки (субтракція і крайовепосилення) та управління ними.

Характеристики приймачів з безпосереднім формуванням цифровогозображення (УРИ з телекамерою і запам'ятовують люмінофорами)аналізувалися вище, тому доцільно відзначити лише основні відмінностіміж ними. УРИ не володіють найкращим просторовим дозволом абоконтрастом, однак мають високу швидкодію. Аналого-цифровеперетворення флюорограмми з числом пікселів 512 (512 може займати часменше 0,03 с. Навіть при числі пікселів 2048 (2048 в зображенні часперетворення зображення в цифрову форму складає всього декількасекунд.

Час зчитування зображення з пластини з вимушеною люмінісценціейзначно більше, хоча остання вигідно відрізняється кращим дозволом ідинамічним діапазоном.

Лазерні принтери

Незважаючи на всі переваги передачі електронних зображень навідстань, зберігається потреба в переведенні їх на тверді копії. Для їхформування на плівці використовуються лазерні принтери (рис.8-6).
Галоідосеребряние плівки можуть бути сенсібіліз?? ваний до світла лазера,аналогічно як до синього або зеленого світіння підсилюючих екранів.
Більшість лазерних плівок повинні оброблятися в повній темряві.

Лазерні принтери можна приєднувати до різного роду системотримання цифрових медичних зображень. Дані від кожного інтерфейсунакопичуються в

пам'яті принтера, а потім у формі піксель відображаються на плівці різнимиградаціями сірого. 8-бітні принтери забезпечують експозиційну модуляціюдостатню для передачі 256 градацій сірого, а 12-бітові - 4096 градацій.
Такий діапазон відтінків сірого дозволяє створювати точні .......зображення без будь-яких артефактів відтворення. У всіх дазернихпринтерах використовується метод інтерполяції, що збільшує кількість пікселів іщо дозволяє збільшувати розмір зображення. Зазвичай використовуються два видиінтерполяції: згладжуюча і різка. До першого виду відноситься такзваний кубічний сплайн, а до другого - реплікація.

Лазерні принтери різко збільшили ефективність відділень променевоїдіагностики. Завдяки безпосередній з'єднанню лазерного принтера зпроявочних автоматом, рентгенолаборанти більше не потрібно залишати пацієнта,щоб проявити плівку. Тверді копії цифрових зображень роздруковуються вумовах звичайної освітленості менш ніж за дві хвилини.

При підключенні одного або декількох лазерних принтерів черезінтерфейси до декількох джерел цифрових зображень значнопідвищується продуктивність, гнучкість системи та можливість розмноженнятвердих копій (рис. 8-7, і 8-8).

Лінійна скануюча система з твердотілим приймачем

Системи отримання зображення зі скануванням рентгенівським пучком іприймачем мають важливу перевагу, що складається в тому, що в нихвиключно добре пригнічується розсіювання. У цих системах один ......розташовується перед пацієнтом з метою обмеження первинного рентгенівськогопучка до розмірів, необхідних для роботи приймача, а другою за пацієнтом,щоб зменшити розсіювання. На рис. 2.38 зображена лінійна скануючасистема для отримання цифрового зображення грудної клітини. Приймачем всистемі є смужка напівпровідника (наприклад, з оксиду гадолінію),зчитування інформації з якою ведеться лінійної матрицею з 1024фотодіодів. Проекційні рентгенограми синтезуються схожим чином,також сканерами КТ і виконують допоміжну роль при виділеннівідповідного перетину.

Головним недоліком скануючої системи є те, що більшачастину корисної вихідної потужності рентгенівської трубки втрачається і щонеобхідні великі часи експозиції. Час експозиції становить близько 10с, що зменшує термін служби рентгенівської трубки і створює складності привізуалізації рухомих органів. Слід зауважити, що, незважаючи на великузагальний час експозиції, час опромінення кожного елемента зображення вельмимало, так що втрати якості зображення за рахунок руху тут не такістотні в порівнянні з традиційною рентгенографією при тому ж часуекспозиції.

Взагалі кажучи, цифрова рентгенографічних система буде матидозвіл нижче, ніж система «екран-плівка», однак за умовиузгодження розмірів матриці зображення і приймача в залежності відгалузі медичного застосування зазначену обставину не будеістотним. Матриці зображення 512 (512 елементів може бути цілкомдостатньо для цілей цифровий флюороскопії, тоді як системарентгеноскопії грудної клітини може зажадати матриці з числом елементів
1024 (1024 при розмірах елемента зображення близько 0,4 мм [400мм: 1024]. Длямаммографічних обстежень необхідна матриця з 2048 (2048 елементів зрозміром елемента 0,1 мм [200мм: 2048].

Число градацій в зображенні буде також залежати від медичногопризначення. Аналого-цифрового перетворювача на 8 біт (2 = 256 рівнівсірої шкали), що забезпечує точність 0,4%, цілком достатньо дляреєстрації зашумленних зображень чи великих масивів (меншому ступеніградації яскравості відповідає більший рівень шуму). Однак для рядудодатків може знадобитися і 10-розрядний АЦП (2 № є = 1024 рівнів сірогошкали, точність 0,1%). Людське око при хорошому освітленні можевиявити відмінності в контрастності близько 2%.

Лінійна скануюча система з газо наповнених детектором

(багатодротяна пропорційна камера - МППК)

У системі отримання рентгенівського зображення зазвичай використовуютьтвердотільні приймачі, що дозволяють досягти високого коефіцієнтапоглинання рентгенівського випромінювання. При використанні камер, наповненихгазом, високої ефективності досягають шляхом підбору газу з високимпорядковим номером, з високим тиском і роботою в режиміпропорційного рахунку. Інертні гази ксенон і криптон мають більший вихідіонів, але фреон при достатньому виході значно дешевше.

Детектор складається з області дрейфу і області реєстрації і поміщений вкапсулу високого тиску з тонким вхідним окном.Пронікающіе через вікнокванти взаємодіють з атомами газу (90% ксенону Xe і 10% метану притиском 3-5 атм.), а що виникають при іонізації заряджені частинки дрейфуютьв область реєстрації під дією електричного поля напруженістю
1кВ · см-№. В області реєстрації нахлдятся три паралельних шару ззволікань, причому два на зовнішніх (катода) знаходяться під нульовимпотенціалом, а середній (внутрішній) шар знаходиться під високимпозитивним потенціалом (анод). Лавина заряджених частинок реєструєтьсяшарами зволікань, причому обидва дротяних катода з орієнтованимиперпендикулярно один одному рядами зволікань забезпечують просторовулокалізацію точки реєстрації.

Просторова роздільна здатність становить до 0,5 мм.

Напівпровідникові матричні детектори рентгенівського випромінювання

Детектори на основі кремнієвих і германієвих напівпровідниківхарактеризуються високою роздільною здатністю по енергії. Для утворення в нихелектрон-доречний пари необхідна енергія, рівна всього лише декількомелектрон-вольт; при повному насиченні напівпровідник починаєфункціонувати на зразок твердотільної іонізаційний камери і має вельмивисоку ефективність при детектуванні кожної електрон-доречний пари. Прице в високочистим германии (при температурі рідкого азоту) і в кремнії
(при кімнатній температурі) можна добитися дозволу по енергіїприблизно 600 еВ кілька кілоелектронвольт відповідно.

Останні розробки дозволили створити координатно-чутливікремнієві детектори з просторовим дозволом 2,5 лн/мм [дозвіл
0,2 мм].

Чіткість на практиці визначається просторовим дозволом,яке повідомляє скільки деталей або ліній (л/мм) можна розрізнити; наприкладв 1мм (одиниця виміру лп/мм). Зазвичай використовують наступні величини:

20 лп/мм (плівка);

10 лп/мм (нормальна комбінація екран-плівка);

1-2 лп/мм (УРИ-ТВ, магнітна камера);

1 лп/мм (КТ або УЗ пристрій);

0,5 лп/мм (гамма-камера).

Отримання цифрових зображень

Формування цифрового зображення здійснюється оцифровуванняманалізованого параметра (інтенсивності світіння екрана, величини струмудетектора і т.п.) в процесі реєстрації. Рідше оцифровка проводиться з ужезаписаних в аналоговій формі зображень, тобто з твердих копій зображенняоб'єкта, наприклад, з рентгенограм. У першому випадку говорять про інтерактивну
(взаємодіючої) обробці інформації, в другому - про ................< br>(відокремленою від тверді). Поза сумнівом, інтерактивний спосіб кращий,тому що будь-яке попереднє формування зображення веде до втрати частинипервісної інформації внаслідок недосконалості приймального пристрою (в нашому прикладі малої динамічної широти рентгенівської плівки).

Оскільки сам принцип растрового характеру зображення в першому ідругому випадку ідентичний, то розглянемо для наочності процес оцифровкианалогового зображення - рентгенограми (ріс.1АД). Якщо рівеньзатемненості уздовж проходить поперек аналогового зображення лініївимірювати денситометр, як на рис.1, то результатом

буде крива лінія. Якщо отриману криву розділити на рівні частини, длякожної частини можна розрахувати середню щільність і поставити відповіднечислове значення. Середні щільності показані на рис. 1В, а відповіднічислові значення - на рис. 1С. Після того як вся поверхнярентгенограми буде розбита на лінії і виміряна денситометр, аналоговезображення можна перетворити на так зване цифрове (дигітальну)зображення (мал. 2С), що представляє собою матрицю (двомірну карту)цифрових величин.
Відстань між лініями і розмір формують кожну лінію рівних частинвизначають здатність цифрового зображення. Чотирикутник з висотою,рівній відстані між двома лініями, і шириною, що дорівнює одному кроку уздовжлінії, називають елементом зображення, або пікселів (скорочення від pictureelement). Кожен піксель має в матриці свої просторові координати
(ряд і стовпчик), аналогічні розташованому в тілі пацієнтавідповідного йому елементарного об'єму, який називається Воксель
(volume element). Таким чином, пацієнт складається з Воксель, а цифровезображення - з пікселів.

Цифрове зображення за своєю природою адаптовано до комп'ютерноїтехніці. У ній інформація про параметри виражається у цифровий, двійковій,бінарної (від лат. binarius - подвійний) системою. Бінарну одиницю називаютьбіт (bit [bit] шматочок). Біт має лише два значення - нуль і одиниця,що відображає наявність електричного сигналу в системі тільки в двохстанах: «є-ні» або двох станах напруги: «високе-низький».

Вся інформація в двійковій цифрової системи кодується комбінацієюнулів та одиниць. При перекладі цифр десяткової системи числення, якої микористуємося в двійкову систему, яка застосовується в ЕОМ, тобто у систему, вякій кожне число виражається за допомогою лише двох цифр 0 та 1,буде потрібно велика кількість розрядів (ціфромест). Так на рис. 1Дпредставлено 16 рівнів затемненості. У двійковій цифрової системи цеможе бути передано чотирма бітами, чотирма знакомісць, комбінацієючотирьох знаків з нулів та одиниць, тобто підставою два в четвертого ступеня
(2 = 2.2.2.2 = 16).

Вісім біт (двійкових одиниць) використовується як одиниця кількостіінформації і носить назву байт (від англ. byte [bait] кусок). Убільшості випадків байт формує один символ (букву, цифру, спеціальнийсимвол, включаючи всі знаки клавіатури з якою вводиться інформаціяоператором). Стосовно до розглянутій задачі - передача рівнівзатемненості, 8-бітний піксель (байтним система формування пікселя)передає 2 = 256 варіантів відтінків, тобто рівнів сірої шкали в діапазоніміж чорним і білим.

Аналого-цифрове перетворення

Інформація про зображення, що передається електронними або оптичнимикоштами в межах радіологічного установки, радіологічного відділенняабо між різними відділами, надсилається в аналоговій формі за допомогоюелектричного струму або оптичного сигналу різної інтенсивності,подібно до зображеного на рис. 1А. Зображення може також передаватися ввигляді показаних на рис. 1Д цифрових сигналів.

Оскільки цифрові сигнали мають бінарний характер, тобто складаються зокремих енергетичних станів, їх називають покроковими, переривчастість
(дискретними) на відміну від постійно змінюються, аналогових, безперервних.

Перетворення сигналів в цифрову форму відбувається в аналого-цифровомуперетворювачі (АЦП). Щоб уявити передану цифрову інформаціюна моніторі, тобто перетворити цифровий сигнал в аналоговий, необхіднийцифро-аналоговий перетворювач (ЦАП).

Таким чином, в АЦП відбувається кодування аналогового сигналузображення в низку цифр для створення цифрового способу зображення. ЦАПздійснює декодування, перетворення цифрового образу в аналоговий,видиме на дисплеї або на твердій копії - відбитку.

Всі медичні зображення в променевій діагностиці можуть існувати вдвох варіантах: 1) у нефіксованої вигляді - на екрані дисплея, на магнітнихносіях (стрічках, жорстких дисках, оптичних дисках, компакт-дисках,дискетах); 2) у вигляді твердих копій - відбитків на папері, термобумаге,фотопапері, поляроідной фотопапері, а також

рентгенівській плівці. На рентгенівську плівку електронні зображеннязаписуються за допомогою лазерних друкувальних пристроїв (принтерів).

Просторове і плотностное дозвіл

Найбільш важливим аспектом якості зображення є дозвіл абороздільна здатність. Часто використовується такий показник, як кількість парліній на міліметр, яке може розрізнити око за певних умов.
Однак це визначення дійсна тільки для аналогових зображеньлн/мм. На цифрових зображеннях неможливо розрізнити деталі менше одногопікселя. Такий тип дозволу називають просторовим дозволом
(порівняйте рис. 2а, 2в, рис. 8-2).

Зображення звичайно формується з числа пікселів, пропорційногодвом. У методах променевої діагностики використовуються матриці на 32 (32, 64 (64,
128 (128, 256 (256, 512 (512, 1024 (1024 або 2048 (2048 пікселів. Реальноможлива роздільна здатність лімітується роздільною здатністю приймача іроздільною здатністю системи відображення.

Роздільна здатність по контрастності в цифрових зображеннях залежить від числаможливих градацій сірого в діапазоні від чорного до білого; часто вонокраще, ніж у аналогових зображень.

Система візуалізації (відображення)

Матричні зображення формуються на растровому дисплеї, аналогічнотому, як це відбувається в телевізійних приймачах, тобто шляхомсканування електронним лучем по рядках 30 раз в 1с. Таким чиномстворюється режим сприйняття зображення в реальному часі.

Для створення матричного зображення застосовується спеціальний дисплейнийпроцесор, який через систему зв'язку (інтерфейс) підключений до основної
ЕОМ. Пам'ять дисплейного процесора організована у вигляді матриці, кожному зелементів якої відповідає свій певну ділянку екрану дисплея.
Подібна елементарна одиниця матричного зображення, якій відповідаєадресуються ділянку пам'яті іпредставляет піксель - елемент картини.

Таким чином, вся площа растрового екрана дисплея являєсобою матрицю - сукупність пікселів. У променевої діагностики екраннаплоща дисплея може формуватися у вигляді матриці від 32 (32 до 1024 (1280відповідно просторової роздільної здатності системивідображення.

Кожен піксель зображення формується в пам'яті дисплейного процесорарізним числом біт - від 2 до 16. Чим більшою кількістю біт інформаціїпредставлений кожен піксель зображення, тим багатшою зображення за своїмиглядацьким властивостях і тим більше воно містить інформації про досліджуванийоб'єкті. Так, 6-бітовий піксель, який використовується найчастіше в ультразвуковоїдіагностиці, містить 2 = 64 відтінки сірого кольору (від чорного до білого).

У радіонуклідної діагностики використовується переважно 8-бітнийпіксель (байтним система формування пікселя), у ньому 2 = 256 варіантівоцінок, тобто рівнів сірої шкали. Неважко підрахувати, що матричнезображення 128 (128 піксель вимагає 16384 байт пам'яті або більше 16 кілобайт,що еквівалентно об'єму пам'яті для запису 8 сторінок тексту.

Більш досконалі системи радіонуклідної діагностики маю зображення
512 (512 піксель. Для формування таких образів потрібно відповідно при 8 --бітному пікселі близько 256 Кбайт пам'яті комп'ютера. Збільшення обсягуадресується пам'яті неминуче призводить до зниження швидкості обмінуінформацією, що супроводжується збільшенням часу, необхідного дляпобудови кожного кадру зображення. Тому дрібні растри (512 (512,
1024 (1024) застосовують переважно для отримання статичних зображеньз високим просторовим дозволом, тобто в діагностиці вогнищевихзмін в органах, тоді як великі растри (128 (128, 256 (256) використовуютьголовним чином для динамічних досліджень.

Кольорові дисплеї, що застосовуються в радіонуклідної діагностики татермографії, вимагають для своєї роботи пам'ять комп'ютера в три рази більшу,ніж чорно-білі, за кількістю основних кольорів - червоний, синій, зелений.
Зрозуміло, що для реалізації такого завдання потрібні потужні комп'ютери з добреорганізованим програмним забезпеченням.

У комп'ютерній томографії використовують 2-байтним пікселі, якімістять 2 = 65 576 відтінків сірого. При розмірі матриці 512 (512 наотримання однієї комп'ютерної томограми витрачає?? ся близько 412 Кбайтпам'яті комп'ютера. Приблизно такий же обсяг пам'яті необхідний дляотримання однієї МР-томограми.

У дигітальну способи рентгеноскопії і рентгенографії застосовуєтьсядрібний растр, матриця 1024 (1024. Зображення з таким просторовимдозволом і байтним розділення за контрастності, тобто зображення змільйона восьмібітних пікселів практично трохи відрізна від звичайногонапівтонового аналогового зображення. Для отримання такого дигітальнурентгенівського зображення при байтним вирішенні за щільністю потрібно понад
1-го мегабайт комп'ютерної пам'яті. Ще більший обсяг пам'яті (понад 2 Мбайт)необхідний для побудови одного кадру в дигітальну субтракційнуангіографії - комп'ютеризованому контрастному рентгенологічномудослідженні судин.

Якщо визначити просторове розрізнення звичайної повноформатноїрентгенівської плівки, то його можна порівняти з цифровим зображенням зроздільною здатністю 4096 (4096 пікселів. Таке просторове розрізненнявикористовується при мамографії. У цьому випадку розмір пікселя складаєприблизно 0,05 (0,05 мм. Таке просторове розрізнення за наявностідисплея з відповідною характеристикою безсумнівно відповідає нинідіючим вимогам, що пред'являються до вирішення 10 пар ліній/мм,яке може бути досягнуто за існуючими матеріалами.

Області застосування та переваги цифрових систем.

Сфера застосування цифрової рентгенографії у подальшому будерозширюватися, вона поступово буде заміщати звичайну рентгенографію. Цевизначається рядом особливостей і переваг дигітальну радіології:

1. Дигітальну рентгенографія не вимагає дорогої рентгенівської плівки і фотопроцесів. Вона відрізняється швидкодією.

1. Можливість зниження променевого навантаження на пацієнта. Якщо у звичайній рентгенології доза опромінення залежить від чувсвітельності приймача зображення і динамічного діапазону плівки, то в цифровій рентгенографії обидва ці показники можуть виявитися несуттєвими.

Зниження дози можна досягти установкою експозиції, при якій підтримується необхідний рівень шуму в зображенні. Так при цифровій флюороскопії детальне вивчення морфологічних ознак можливо на стоп-кадрі, а функціональних - на кінофлюорограммах в процесі самого дослідження. Так, наприклад, створене фірмою «Сіменс» пристрій «Політрон» з матрицею

1024 (1024 дозволяє домогтися відносини «сигнал-шум», рівного 6000:1.

Це забезпечує виконання не тільки рентгенографії, а й рентгеноскопії з високою якістю зображення.

1. Збільшення інформаційного змісту матеріалу.

За просторового вирішення цифрове зображення гірше звичайного аналогового рентгенівського зображення. Це компенсується природою цифрової технології і закладеним в ній потенціалом.

1. В даний час вивчаються методи інтерактивної інтерпретації і автоматичного аналізу зображень. Мета - збільшення точності діагностики (мал. 5).

1. Поліпшення дозволу по контрастності з допомогою варіює