Лекция 7. Цифрови изображения. Записване и обработка на цифрови
изображения. Ултразвукова компютърна томография
Различните методи за визуализация в медицината: рентгенова, акустична ехография, магнитен резонанс и др. са обединени под общата наименование образна диагностика. Сигналите получавани от сензорите при образната диагностика са аналогови. За да се получат цифрови изображения (ЦИ) аналоговите сигнали трябва да се превърнат в поредица от числа. Предимствата на цифровите изображения пред аналоговите са многобройни:
ЦИ изображения могат да се съхранявата в компютърна памет.
ЦИ могат да се предават и анализират на разстояние с помощта на компютърните мрежи
Съвременните методи за обработка на цифрови изображения с компютри позволява извличане на важна информация от получените изображения и по този начин улесняват правилната диагностика
Представяне на цифрови изображения (ЦИ)
ЦИ се представят от двумерна функция f(x,y), където двойката променливи (x,y) задава координатите на дадения пиксел от изображението, а стойноста на функцията задава яркоста на пиксела. Тук x, y и f са цели числа като обикновено x и y се изразявт в десетичен код , а f е в двоичен код. По този начин ЦИ е дискретно както пространствено, по координати, така и по амплитуда или яркост. ЦИ може да се разглежда като матрица, чийто индекси за ред и стълб определят координатата на пиксела, а стойноста на матричния елемент определя яркоста на пиксела.
Размерите на ЦИ могат да бъдат произволни, но те обикновено са някаква степен на двойката тъй като компютрите оперират с числа в двоичен код, а заетата памет се измерва в битове. Нека ЦИ се представя от матрица с размерност MxN и с G степени на яркост, където М=2m, N=2n и G=2g. Тогава броят на битовете необходими за записване на това ЦИ е: b=NxMxg. Едно характерно 8-битово цифрово изображение с размери на матрицата (512x512) и степени на яркост 28 =256 съдържа 262 144 бита т.е. около 260 килобайта.
Апаратура за получаване на ЦИ
1. Аналогово-цифров преобразовател (АЦП).
Eхо-сигналът от приемния УЗ преобразовател е в аналогов вид и за да се превърне в дискретен сигнал се подава на аналогово-цифров преобразовател (АЦП). Оцифряването се извършва чрез следните две операции:
Накъсване на аналоговия сигнал като се правят равномерни извадки от непрекъснатия сигнал (фиг. 1). Примерно могат да се направят 512 извадки по дължината на всяка сканираща линия.
Закръгляване до цяло число стойноста на всяка извадка. Напримир за
10-битово изображение стойноста на всяка извадка се апроксимира до най-близкото цяло число в интервала от 0 (нулева яркаст или черно) до 1023, което съответства на максимална яркост.
Фиг.1 Оцифряване (накъсване и закръгляване) на аналогавия сигнал по една линия
на сканиране.
2. Архивиране на ЦИ. Видове памети
Нека ЦИ е представено от матрица с размер 512х512 като всеки пиксел представлява квадратче с размер 0.5 мм. Това позволява да се реализира разделителна способност определана от размера на два пиксела т.е.1 мм. В паметта на компютъра съществува матрица с размерност 512х512, съставена от адреси на клетки и във всяка клетка е записано едно 10-битово число. Така за едно 10-битово изображение с дадената размерност е необходима памет равна на 512х512х10 бита, приблизително равно на 320 килобайта. Ако удвоим броя на извадките в една сканираща линия т.е. 1024, разделителната способност ще се подобри 2 пъти. Това обаче се «заплаща» с 4 четири пъти по-голяма ангажирана памет.
Могат да се дефинират следните видове компютърна памет:
А) кратковременна памет. Това е операционната или RAM памет в компютъра. Възможно е също да се добавят платки с допълнителна памет, наречена кадрови буфер (frame buffer). Основното предимство на кадровия буфер е по-високата скорост на достъп, в сравнение с обикновенната памет. С помощта на кадрови буфери могат да се извършват много бързо операции за обработка на ЦИ, като например zoom ( увеличение и приближаване), scroll (вертикално въртене), pan (хоризонтално въртене) и др.
Б) Чакаща памет. Това е паметта на твърдия диск, която се използва при работа с ЦИ.
В) Архивна памет. Това е памет, която се използва по-рядко като основните носители са компакт дискове, магнитни ленти и др.
3. Дисплей на цифрови изображения
За да превърнем ЦИ в аналогово изображение на екрана на аналогов дисплей, какъвто е електронно лъчевата тръба, е необходимо да се използва устройство за преобразуване на цифров сигнал в аналогов, наречено цифрово-аналогов преобразовател (ЦАП). Друг вид аналогов дисплей са катодно-лъчеви тръби със случаен достъп. При тях електронният лъч може във всеки момент да се насочи към произволен пиксел, докато при телевизионните монитори пикселите се сканират в строго определена последователност.
4. Комуникации и разпространение на ЦИ
Често в отделните болници или в няколко болници могат да се изградят локални или далечни компютърни мрежи. Това позволява да се разпространяват бързо ЦИ получени чрез различни методи за визуализация-акустична, рентгенова, флуороскопия, магнитен резонанс и др. Това позвалява сравняване, цифрова обработка и анализ на различни подходи, което в крайна сметка улеснява и увеличава надеждноста на диагностичните решения. В момента се изследват възможностите на авангардни информационни технологии за обработка на масирана информация с цел улесняване на диагностиката. Две основни технологии са моделите на изкуствени невронни мрежи (Neural Networks), функциониращи по аналогия с човешкия мозък, и системите с размита логика (Fuzzy Logic), при които може да се борави с понятия, които нямат точен математически израз, и др.
Методи за обработка на цифрови изображения
Обикновено ЦИ съдържат повече информация от тази, която се изобразява на дисплея, понеже динамичния диапазон на ехо-сигналите значително превишава динамичния диапазон на дисплея. Целта на цифровата обработка е да се извлече специфичната информация, необходима за даденото приложение. Например някои тъканни структури или кръвоносни съдове изпъкват по-ясно чрез изваждане на две изображения, фрактурите на костите стават по-ясни чрез заостряне на контурите, контраста на меките тъкани се подобрява чрез подходящо преобразуване на динамичния диапазн и т.н.
Цифровата обработка може да се представи като набор от операции върху пикселите представени чрез функции от вида:
Сподели с приятели: |