Digitalizacija rendgenske
slike
Prof. Goran Nikolić
Medicinski fakultet Univerzitet u Crnoj Gori
Uvod
Klasično rendgenska grafija na filmu je slika analogna slika. To znači da je u određenom
trenutku, ekspozicije (akvizicije) interakcija X zraka i organizma zabeležena na
rendgenskom filmu. Ona ima svoj kvalitet koji zavisi od mnogo faktora i ne može se dalje
obrađivati. Digitalna rendgenska slika predstavlja takođe interreakciju X zraka i organizma
dobijenu tokom akvizicije (snimanja) ali ova interreakcija nije registrivana na
rendgenskiom filmu nego u obliku kompjuterskog zapisa u okviru jednog kompjuterskog
fajla. Osnovni element tog digitalne slike je piksel. Piksel ima dve karakteristike:
Veličina piksela se određuje na osnovu veličine matrice digitalne slike koja je koriđćena
tokom akvizicije. Matrica savremenih rendgenskiih uređaja je 1024x1024. To znači da se
svaka slika razlaže na male kvadrate koji čine mrežu. Njih ima 1024 horizontalno i 1024
vertikalno u redovima i kolonama. Prilikom akvizicije digitalne slike određuje se mesto
svakog piksela u matrici slike. U digitalnom obliku slike mesto svakog piksela je definisano
u fajlu da bude rekonstruisano na ekranu na onom mestu gde je zabeleženo tokom
akvizicije.
Druga karakteristika piksela nijansa skale sivog (od crne do bele boje) svakog piksela.
Obzirom na absorbiju rendgenskih zraka u organizmu i dobijanje rendgenske slike svaka
tačka ili piksel imaju svoju nijansu sivog od bele do crne boje. U kompjuterskom fajlu
digitalne slike beleži se pored podatka za lokalizaciju svakog piksela i podatak o vrednosti
skale sivog tog piksela. Kada pokrenemo digitalni fajl slike u suštini se na ekranu svaki
registrovan piksel koji nosi svoju skalu sivog postavlja na svoje mesto na ekranu i dobija se
prepoznatljiva rendgenska slika.
Kako se dobija digitalna rendgenska slika?.
Energija koja se koristi u dobijanju i klasične i digitalne rendgenske slike je ista i čini je X
zrak. Fizički principi slabljenja zraka na putu kroz organizam su isti. U dobijanju klasične i
digitalne rensdgenske slike razlikuju se medijumi za detekciju izlaznog X zraka. Kod
klasične radiografije to je rendgenski film (grafija) ili PES (skopija). Kod digitalne slike to
je ekran za digitalizaciju koji je sastavljen od fotoelektričnog sloja pločica. Mreza pločica
prekriva matricu i veličine je jednog piksela. To znači da ako je matrica veličine 1024x1024
sa kojom se vrši akvizicija da ima 1024x1024 pločica u redovima i kolonama. Svaka
pločica koja je u stvari detektor je posebno povezana sa računarom. Kada oslabljen X zrak
koji je prošao kroz organizam pogodi jednu pločicu u njoj izaziva veći ili manji svetlosni
efekat već prema svojoj energiji. Prema količine emitovane svetlosti stvara se struja čiji je
napon proporcionalan količini emitovane svetlosti. Informacija o veličini napona stvorene
struje se transportuje do računara koji na osnovu tog podatka definiče skalu sivog za tu
pločicu-piksel. Sintezom svih informacija sa ulazne matrice dobija se digitalna radiografija.
Što je veličina piksela manja i mogućnost prepoznavanja skale sivog veća slika je
kvalitetnija. U digitalnoj slici postoji mogućnost registrovanja 4000 stepena skale sivog od
bele do crne boje. Ljudsko oko može na jednoj slici da prepozna oko 20 nijasni skale sivog
kao različite. Ako slika sadrži 4000 nijansi mi ih sve vidimo kao 20. To je osnovna prednost
digitalne slike jer naknadnom obradom (postprocesingom) možemo da prikažemo detalje
koji se na klasičnoj radiografiji ne vide.
2
Osvovni elementi svake slike (video, rendgenske, digitalne) su prostorna i kontrasna
rezolucija.
Prostorna rezolucija
Slika 1
Slika 2
Prostorna rezolucija je najmanja distanca na slici na kojoj je mogućne uočiti dve susedne
tačke kao odvojene. Prostorna rezolucija je određena veličinom piksela. Uticaj veličine
piksela na kvalitet digitalne slike se vidi na slici 1 i 2. Slika 1 je ostrvo u Pacifiku sa
matricom 60x80 “velikim pikselom” a slika 2 isto ostrvo sa matrcom 600x800 i “malim”
pikselom. Razlika u kvalitetu slike na osnovu veličine piksela koji daje prostornu rezoluciju
slike je očigledna.
Kontrastna rezolucija
Kontrastna rezolucija znači mogućnost razlikovanja skale sivog na bliskim elementima
slike. Skala sivog je raspon broja prikazanih nijasni sive boje od crne do bele. Ljudsko oko
razlikuje u jednom trenutku oko 20 različitih nijansi sivog kao različite. Preko tog broja ne
može da ih odvoji one bliske jednu od druge. Ako se slika sastoji od piksela koji su ili crni
ili beli, znači skala sivog je 2 onda pacifičko ostrvo izgleda kao na slici 3, a ako ima 256
nijansi sivog onda isto osrvo izgleda kao na slici 4.
Slika 3
Slika 4
3
Klasično dobijena rendgenska slika ima maksimalnu prostornu rezoluciju oko 0.2 mm znači
dve tačke koje različito aposbuju X zrak mogu biti uočene odvijeno na 0.2 mm međusobne
udaljenosti) i mogućnost razlikovanja skale sivog od nekoliko stotina nijansi (na slici
postoje nekoliko stotina nijansi sive boje od vele do crne). Uticaj skale sivog na sliku je
prikayan primerom. Ostrvo na pacifiku je na slici 3 prikazano sa dve nijanse sivog znači
samo crna i bela boja. Ista slika je prikazana na slici 4 sa 256 nijansi sive boje.
Prednosti digitalne slike
Osnovna prednost digitalne slike je naknadna mogućnost prilagodjavanja i uočavanje
dijagnostički važnih detalja koji su naizgled “skriveni”. To se najčešće postiže
manipulisanjem prozorima (windows). Digitalna CT (komjuterizovana tomogrfaija) slika
uzeta tokom akvizicije može imati i do 2000 nijansi
sivog. One su raspoređene od kosti prikazane belo koje
imaju skalu sivig +1000 do vazduha kkoji je prikazan
crno i ima skalu sivog –1000. Sve ostale structure su
prikazane sivo više prema beloj ili crnoj zavisno od
absorbcije X zraka i njima. Sve ih u jednom trenutku ne
možemo uočiti. Da bismo dobili dijagnostički maksimu
koji poseduje slika i oučiti sve njene detalje služimo se
podešavanjem “prozora” kroz koji je gledamo sliku.
Preva veličina koju nameštamo je “nivo prozora”
windows level ili skraćenica WL. WL ukazuje na nivo
sa od kog gledamo sliku. Da li gledamo moždano tkivo
koje ima nisku absorbionu vrednost ili kost koja ima
visoku. Obe ne možemo u istom trenutku uspešno
analizirati jer je raspon skale preveliki za naše oko. Znači odlučujemo se za jednu strukturu.
Sada namestimo da broj akvizicijom dobijenih skala sivog na slici da ne pređe broj koji
možemo razlikovati a to znači “širinu prozora” windows width skraćeno WW.Ovo
objašnjenje je najbolje na primeru. Slika 5 je CT mozga sa “prozorom za mozak” gde se
vidi subduralni hematom levo parijeto okcipitaln. Koštane strukrure izgledaju normalno.
Slika 6 je “prozor za kost” istog bolesnika kod koga se jasno vidi fraktura (strelica).
Slika 5
Slika 6
4
Prednosti digitalne slike se manifestuju u tri elementa
Obrada
Proces snimanja u digitalnoj slici nosi naziv akvizicija, podrazumeva memorisanje
osnovnih podataka koji se odnose na stepen absorpcije X zraka svakog piksela. Ti podaci se
prevode u mašinski jezik i beleže u obliku kompjuterskog fajla.
Proces obrade (postprocesing) počinje promena prikazane skale sivog (window level,
window width) ističu se detalje koji se u celini ne vide. Dalje mogućnosti obrade digitalne
slike su uvećanje nekoliko puta pojedinih detalja koje omogućava bolju prostornu
orijentaciju. Moguća su precizna merenja dužina i zapremina organa ili patoloških procesa
što je od značaja za planiranje dalje terapije.
Arhiviranje
Arhiviranje je digitalne slike je trajno i što je najvažnije u izvornom obliku tako da su
naknadne obrade moguće i za detalje koji nisu bili analizirani ranije. Digitalnu sliku zbog
ovog treba uvek čuvati u izvornom obliku. Uporedo sa digitalnim radiografijama razvijaju
se i sistemi za njihovo arhiviranje.
Osnovni sistem je PACS (Picture Archive and Communicate System) koji predstavlja
poseban program koji sve redngenske preglede jednog bolesnika obeležava i omogućava im
trajan pristup. To praktično znači da se svaki pregled tokom vremena pridružuje
predhodnim pregledima jednog bolesnika bez posebnog rada na organizaciji sistema. PACS
obuhvata samo obradu i arhivu.
Dodavanje zakazivanja, planiranja i izveštaja rendgenskih pregleda uz sliku kompletno
organizuje radiološko odeljenje. Ovaj sistem kojim se primaju zahtevi za rendgenski
pregled, planira i izrvšava procedura, šalje slika i izveštaj naziva se RIS (Radiology
Information System). Na ovaj način je kompletno radiološko odeljenje obuhvaćeno u
jedinstven informacioni sistem. Za to je potrebno imati digitalne slike pregleda. Svi CT
aparati, MR aparati i savremeni aparati za ultrazvuk imaju digitalnu sliku. Svi angiografski
aparati imaju na izlazu digitalnu sliku. Savremeni klasični rendgenski uređaji (pregledi
koštanog sistema, pluća digestivnog i urotrakta) rade sa digitalnom slikom. Znači sve slike
i tekst izveštaja uz njih se trajno čuvaju u okviru RIS-a o mogu se koristi u svako vreme.
Informatika u okviru radiologije ne rešava probleme cele bolnice. Zato se razvijaju posebni
sistemi koji uvode automatizaciju u rad cele bolnice HIS (Hospital Information System)
gde je radiolođki informacioni sistem uklopljen informacioni sistem cele bolnice kao jedan
jen deo. To prektično znači da klasična istorija bolesti ne postoji nego svaki bolesnik ima
svoj fajl gde su arhivirani svi podaci vezani za njegov njegov zdarvstevi status i lečenje.
Prenos slike i komunikacije
Komunikacije i konsultacije oko rešavanja dijagnostičkih problema su sa digitalnom slikom
neograničene. Sistem komunikacija kojima se analize pacijenta uz korišćenje Internet
resursa šalju sa mesta gde su uzete do nekog ko će ih protumačiti ko se možda nalazi na
5
dugom kraju zemljine kugle u medicini se naziva telemedicina a u radiologiji
teleradiologija. Uz robotiku kojom se postiže mikronska preciznost pokreta ovo je jedan od
puteva povećavanja efikasnosti u medicini.
U svetu postoji nekoliko desetina proizvođača rendgenske opreme koji svi proizvode
digitalne siteme. Da bi postojala veza medju sistemima raztličitih prizvođača ugovoren je
standard u računarskom protokolu slike i komunikacija koji se naziva DICOM 3 standard.
Svi digitalni uredjaji u medicini funkcionišu pod ovim standardom što omogućava
postojanje RIS-a i His-a.
6
Download

Digitalizacija rendgenske slike