Sadržaj 1. Uvod 1

Istorija 1

Primena 2

2. Digitalna slika 3

Digitalizacija slike 4-7

Detektorski sistemi 7

2.2.1. CR – Kompijuterizovana radiografija 8-9

2.2.2 DR – Digitalna radiografija 9-13

3. Digitalna obrada slike 14

Fourijerova transformacija 14

Konvolucija i dekonvolucija 15

Korekcija neadekvatne ekspozicije 15-16

Kvalitet digitalne slike 17

3.4.1. Frekvencija 17

3.4.2. Kontrast 17-20

3.4.3 Pojačavanje vidljivosti detalja 21-23

3.4.4 Šum 23

Histogram 24-25

Trodimenzionalna slika 26-27

4. Kompresija slike 28

5. Informacione tehnologije (IT sistemi) 29

PACS – sistem 29-30

6. Zaklju čak 32

- 1 -

1. UVOD

Digitalna obrada slike predstavlja skup metoda za obradu slike pomoću

računara. Slike koje se obrađuju mogu imati različito poreklo. Slike mogu poticati

sa satelita i drugih letelica, uređaja za medicinsku dijagnostiku, telekomunikacionih

uređaja za prenos, memorijskih medijuma za skladištenje, radara, sonara i drugih

uređaja. U najvećem broju slučajeva ulazna slika u sistem za obradu slike potiče iz

vidljivog dela spektra, mada u nekim slučajevima predstavlja dvodimenzionalni

signal iz nevidljivog dela elektromagnetskog spektra. Zbog toga se u širem smislu,

termin digitalna obrada slike koristi i za obradu bilo kakvih dvodimenzionalnih

podataka.

Izlazni signal iz sistema za digitalnu obradu slike je najčešće nova slika koja

se prikazuje na video monitoru. Osim toga, izlazni podaci mogu biti prikazani i u

obliku fotografije ili filma, a u nekim primenama i u vidu numeričkih podataka.

1.1. Istorija

Digitalna obrada slike vodi poreklo

iz ranih dvadesetih godina prošlog veka.

Naime, prva primena digitalne obrade

slike bila je za kodovanje slika koje su

prenošene kablovskom vezom preko

Atlantskog okeana i rekonstruisane na

prijemnoj strani. Uvođenjem elementarnih

tehnika digitalne obrade slike znatno je

skraćen proces prenosa slike i popravljen

kvalitet. Mada je u kasnijem periodu

došlo do znatnog napretka u tehnikama

prenosa i rekonstrukcije slike, tek je sa

usavršavanjem računarske opreme i

- 2 -

početkom istraživanja svemira došlo do naglog razvoja digitalne obrade slike.

Naime, 1964. god. digitalni računar je prvi put iskorišćen za popravku kvaliteta

slika Meseca dobijenih sa svemirske sonde “Ranger 7”. Posle toga, digitalna

obrada slike je postala nezaobilazan deo obrade podataka sa raznih satelita i

sondi za istraživanje svemira. Zbog toga je digitalna obrada slike godinama bila

sinonim za veoma skupu i visoku tehnologiju i kao takva dostupna samo malom

broju istraživačkih laboratorija u svetu.

1.2. Primena

Sa naglim razvojem elektronike i računarske tehnike, a posebno

mikroprocesora i integrisanih digitalnih procesora signala, digitalna obrada slike

počela je da prodire i u mnoge druge oblasti, gde ranije nije mogla biti korišćena

zbog visoke cene. Tako se, na primer, digitalna obrada slike intenzivno koristi u

medicini za obradu i popravku kvaliteta rendgenskih i ultrazvučnih slika, za

trodimenzionalnu rekonstrukciju organa u tomografiji i nuklearnoj magnetskoj

rezonansi, itd. Druge važne primene digitalna obrada slike je našla u fizici,

astronomiji, biologiji, kriminalistici, metalurgiji, geologiji, pa čak i u arheologiji i

rekonstrukciji umetničkih dela itd.

- 3 -

2. DIGITALNA SLIKA

Konvencionalna radiografija se temelji na interakciji rendgenskog zračenja

sa elektronima u emulziji radiografskog filma koja dovodi do stvaranja latentne

slike, a naknadnom fotohemijskom obradom filma dobijamo konačni radiogram.

Stoga radiografski film služi kao medij za prikupljanje, prikazivanje i pohranjivanje

informacije dobijene prolaskom X zračenja kroz telo. Tako dobijene slike su

analogne, okarakterisane kontinuiranim nijansama sive boje (između dvaju

ekstrema, bele i crne) na prelazu između pojedinih segmenata filma. Svaka siva

nijansa ima optički denzitet određen propustljivošću za vidljivu svetlost kojom

obasjavamo film. Načelno film još uvek ima

bolju rezoluciju od digitalnih sistema iako

razvoj digitalne tehnologije dovodi do

stalnog poboljšanja karateristika.

Digitalna radiografija je rezultat

interakcije X zračenja sa elektronima unutar

elektronskih senzora koji su razmešteni u

pikselima. Nakon dobijanja digitalne slike,

potrebna je analogna reprodukcija da bismo

je mogli videti i analizirati. U slučaju

kompjuterske analize (primer CAD – computer aided detection or diagnosis)

informacija se obrađuje direktno, bez neophodnog stvaranja slike na izlazu. Pet su

od ključne prednosti digitalnih sistema nad analognim, budući da se svaki korak

može nezavisno prilagođavati, a to su:

- prikupljanje - acquire

- obradba - process

- prikazivanje - reproduce

- pohranjivanje - store

- distribucija - distribute

- 4 -

2.1. Digitalizacija slike

Suština digitalizcije je prevođenje analognog u digitalni signal, i obratno, što

dovodi do delimičnog gubitka kvaliteta slike. Analogna informacija sadrži

kontinuirane variacije u toku vremena, dok je digitalna informacija sastavljena od

niza pojedinačnih tačno određenih vrednosti.

Piksel - Digitalni impuls koji je obrađen od strane računara (procesora za

obradu slike) biva analiziran i pretvoren u sliku na monitoru. Digitalizacija slike je

pretvaranje crteža u brojeve. Ako pogledate digitalnu sliku sa lupom, videćete da je

sastavljena od malih sivih kvadrata ili ćelija poređanih u pravougaoni ili kvadtratni

- 5 -

red (matricu). Te ćelije se zovu “pixels”, skraćenica od “Picture Element”. Plkseli su

najmanje jedinice u slici, i njihova veličina u medicinskoj primeni, mora biti razmere

koja najbolje prikazuje detalje. Svaki piksel ima svoju određenu lokaciju, prostornu

adresu na kojoj se nalazi, kao i svoju numeričku vrednost koja može biti

transformisana u određeni stepen osvetljenja na ekranu. Slika je dok je u

digitalnom obliku sastavljena od dva niza brojeva od kojih jedan predstavlja

adrese, a drugi numeričke vrednosti piksela.

Svaki piksel je zapravo slika odgovarajuće male zapremine tela - voxel.

Svaki nivo sive skale je prikazan integralnim brojem, gde najmanji broj

prikazuje crnu boju, najveći broj predstavlja belu boju, a brojevi između

predstavljaju senke sive boje. Svi ovi integralni brojevi su računarski obrađeni i

sačuvani u vidu binarnog niza brojeva (01000101). Prema tome, digitalna slika je

sastavljena od binarnih brojeva, gde svaki broj predstavlja određeni denzitet

piksela na slici.

Koliko numeričkih vrednosti pikseli mogu imati, zavisi od broja bitova po

pikselu. 8-bitni daju mogućnosti za 256 različitih brojčanih vrednosti piksela tj.

nijanse sive skale, 10-bitni daju 1024, a 12-bitni daju 4096 nijansi.

Pre nastavka ove diskusije, moraćemo da bliže odredimo termine “bits”,

“bytes” i “kilobytes”, koji se koriste prilikom opisivanja karakteristika digitalne slike.

“Bit” je binarni broj “binary digit”, a binarni sistem koristi samo dva binarna broja

(bits), 0 i 1, kao što naš decimalni istem koristi brojeve od 0 do 9.

- 6 -

Standardna slika u medicinskoj primeni zahteva od 10 do 12 bitova po

pikselu; 10-bitna slika sadrži 1024 različitih nivoa sive boje, dok 12-bitna slika ima

4096 različitih nivoa sive. Umesto pričanja o bitovima, češće se priča o bajtu što je

jednako 8 bitova. Verovatno ste čuli termin kilobajt i logično ali pogrešno

zaključujete da je to 1000 bajtova, ustvari kilobajt (skraćeno “kbyte”) predstavlja

1024 bita. Najčešće se za termine digitalne memorije koristi megabajt (megabyte)

= 1024 kbytes; 1 gigabyte (Gbyte) = 1024 Mbytes.

Odnos veli čine piksela i oštrine slike

Oštrina slike je obrnuto srazmerna

veličini piksela matrice, kao što se vidi na

slici, što su pikseli veći oštrina je manja, i

obrnuto. Primer: slika od jednog velikog

piksela imala bi samo jednu nijansu sive

boje.

- 7 -

Uticaj veli čine matriksa na

velicinu piksela i na oštrinu

Povećanje veličine matriksa, primer

1024 x 2048, proizvešće manje piksele. To

će generalno redukovati zamućenost i

poboljšati detalje slike.

2.2. Detektorski sistemi

Tokom posljednih dvadesetak godina intenzivno se tražila zamena za

radiološki film. Za zamenu radiološkog filma kao medija za dobijanje slike u

radiografiji postoji više razloga. Navedimo samo neke: nepraktičnost u rukovanju

(velike i nefunkcionalne arhive), podložnost raznim oštećenjima, nemogućnost

naknadne obrade slike (post-processing), ponavljanje snimanja i veća izloženost

zračenju pacijenata, kao i sama cena filma i zagađenje životne sredine

hemikalijama za razvijanje. Zbog svih navedenih razloga razvoj medija za

dobijanje radioloških slika krenuo je pravcu medija na kojem se može višestruko

dobiti radiološka slika a od kojih se danas u upotrebi koriste kasete sa fosfornim

pločama i flat detektori. CR – kompjuteriziovana radiografija (eng. Computed

Radiography) je u svetu prihvaćen naziv za rad sa kasetama sa fosfornim

pločama. Isto tako koristi se naziv. DR – digitalna radiografija (eng. Digital

Radiography) je u svetu prihvaćen naziv za rad sa uređajima u koje su ugrađene

FD - ravne detektorske ploče formata 35x43 cm (eng. Digital Flat Panel Detector).

- 8 -

2.2.1. CR – Kompjuterizovana radiografija

Kompjuterizovana radiografija koristi detektor x zračenja koji pohranjuje u

dobijenu energiju rtg. zračenja pomoću luminiscentnog sloja koji zarobljava

elektrone u pojedinim delovima materijala (dolazi do ekscitacije). Distribucija

zarobljenih elektrona čini latentnu sliku. Sledi deekscitacija pokretnim laserskim

zrakom koja stimulise luminiscentnu ploču tačku po tačku i oslobađa elektrone iz

njihovih zamki. Dolazi do deekscitacije energije u obliku svetlosti koja se detektuje

fotodetektorom i pretvara u električni signal. Za takav oblik indirektne digitalne

radiografije usvojen je naziv CR (computed radiography) .

Kasete sa ovim detektorskim plocama – vrlo su slicne kasetama u koje

ulažemo klasični radiološki film. Umesto filma kod ovih kaseta koristimo ploče -

luminiscentne folije koje zadržavaju latentnu sliku nastalu zračenjem. Za očitavanje

latentne slike koristimo posebne uređaje, tzv. digitalizatore.

Detektorska luminiscentna ploča – Sastoji se od nekoliko slojeva.

Podloga je čvrsta ploča na kojoj je nanesen luminiscentni sloj. Iznad tog sloja

nalazi se zaštitni sloj koji služi za zaštitu od mehaničkih oštećenja prilikom

očitavanja latentne slike u digitalizatoru. Ispod podloge – nosača nalazi se barkod

koji služi za prepoznavanje vrste i veličine kasete.

- 9 -

Kod upotreba kaseta sa luminscentnim pločama koristimo se istim

formatima kaseta kao i kod snimanja sa klasičnim radiološkim filmom. Njena

prednost je što se lako uklapa u već postojeću aparaturu, način rada i sve

standarde.

U mnogo čemu je SP (storage phosphor) sistem sličan je fluorescentnim

pojačivačkim folijama. U oba sistema luminiscentni sloj predstavlja primarni

apsorber rendgenskog zračenja koji emituje vidljivu svetlost kod izlaganja X

zračenju

Na mikroskopskom nivou, struktura SP sloja je u obe tehnologije slična jer

se radi o malim granulama luminiscentog materijala utisnutog u vezivni materijal.

Takođe, SP sloj je moguće u oba (CR i S/F=screen film) sistema ponovno

upotrebiti na hiljade puta.

Nezgodna strana je što se kaseta nosi na očitavanje i što zahteva

vreme, tek nešto kraće od dosadašnje obrade filma. Drugo, ovaj sistem je tek

dostigao osetljivost klasične film/folija radiografije, a ispod je one koju imaju sistemi

za digitalnu radiografiju.

Iako se sve više potiskuje ovaj sistem ostaje neophodan za snimanja

sa “slobodnom kasetom”: snimanje bez rešetke, sa vertikalno kasetom, snimanje u

bolesničkom krevetu.

2.2.2. DR – Digitalna radiografija

Kod digitalne radiografije, princip rada bazira se na direktnom

očitavanju detektora, bez umetanja optičkog skeniranja, tj. kompletan detektorski

sistem je ispod radiografskog stola. Odmah se dobija slika na monitoru i moguća je

provera kvaliteta dok je pacijent još u prostoriji za snimanje. Svi podaci o pacijentu

i uslovima snimanja idu odmah uz sliku, a kasnije se mogu i odštampati.

Prednost DR u odnosu na CR je u osetljivosti sistema i u kvalitetu slike.

Postoje tri nezavisne digitalne tehnologije, sve su sa direktnim očitavanjem

(nema nošenja kasete u čitač), ali kod njih razlikujemo direktnu i indirektnu

konverziju.

- 10 -

Detektorski sistemi mogu biti sa direktnom konverzijom, kad na rentgen

zračenje odmah reaguju stvaranjem električnog signala, ili sa indirektnom

konverzijom, kad prvo daju svetlosni pa preko fotodetektora i električni signal.

Detektori sa direktnom konverzijom poseduju fotokonduktor, kao što je amorfni

selenijum, koji direktno konvertuje X fotone u električni impuls. Detektori sa

indirektnom konverzijom, imaju dva procesa u detekciji zračenja. U ovom slučaju

scintilator je primarni materijal sa kojim intereaguje zračni snop. Kada snop pogodi

scintilacioni materijal, energija X – zraka se konvertuje u vidljivu svetlost, zatim se

svetlost konvertuje u elektricni impuls putem fotodetektora (amorfni silikon) ili

CCDs.

DR tehnologija temeljena na CCD – (charge coupled device) indirektni.

Gadolinijum oksisulfid/ sočiva ili fiber optika/ CCD –. Nalazi se u kamerama za

video i digitalnu fotografiju. Princip je pretvaranje izlazne svetlosti sa

fluorescentnog sloja u sliku. Problem je u različitoj veličini fosfornog panela (35x43

cm za opstu radiologiju) i aktivne površine komercijalnih CCD (5x5 cm). Zbog toga

se fluorescentna slika mora podesiti ogledalima, ili fiberoptičkim elementima

aktivnoj površini CCD, što opet jako umanjuje efikasnost prikupljanja. Tu naravno

dolazi do gubitaka, kao i rasipanja, što utiče na zračnu dozu i kvalitet slike. Kod

mamografije je taj odnos veličine povoljniji. Usprkos slabijoj efikasnosti prikupljanja

izlazne svetlosti, CCD tehnologija ipak omogućava dobijanje brze i klinički vredne

informacije za radiologa. U grafiji nju su već potisnuli flat – panel detektori. Koristi

- 11 -

se u skopiji kao priključak na PES, ali i tu počinju da se koriste flat – panel

detektori.

Flatpanel detektori

Tehnologija amorfnog silicijuma se ubrzano razvijala posljednjih decenija uz

velika ulaganja. Većina laptopova i desktopova u upotrebi širom sveta koristi

aktivnomatrične ekrane (active matrix liquid christal displays, AMLCDs) na bazi

tečnih kristala, odnosno aSi tehnologije. Smanjenjem cene omogućen je razvoj vrlo

velikih površina, danas već 1-1.5m. Mnogo manji sistemi za medicinsku primjenu

su nastali zahvaljujući toj skupoj tehnologiji. Flat panel detektori (detektorske

ploče) mogu biti sa direktnom i indirektnom konverzijom Kod obe vrste se stvara

električni naboj tokom ekspozicije, koji biva očitan od strane poluprovodničke

elektronike, a zatim poslat na pojačivač, pa na analogno digitalni pretvarač

(konvertor). Najniži sloj tzv. očitavajuća elektronika, sastavljena je od niza

poluprovodničkih elemenata (TFT, tin film transistors). Iznad je sloj koji funkcioniše

na principu kondenzatora, tj. zadatak je da sakuplja električni naboj nastao prilikom

ekspozicije. Još jedan sloj iznad, zavisno od tipa detektora ili samo sloj osetljiv na

X zrake, ili, kod indirektnih, sloj osetljiv na svetlost. Sve je zatvoreno u formi ploče

i kablom povezano sa kompjuterom.

- 12 -

Flat panel – direktni

Rendgen zraci padaju na sloj amorfnog selena, kroz koji se pre ekspozicije,

uz pomoć jedne elektrode smeštene po vrhu sloja, uspostavi električno polje.

Apsorbovani X zraci izazivaju jonizaciju, a stvoreni električni naboj, prateći linije

sila elektičnog polja, biva skladišten u elektrodama povezanim sa kondenzatorima.

Ispod se nalazi očitavajuća elektronika. Selenska ploča je električnim poljem vrlo

efikasno “izdeljena” na veliki broj zasebnih detektora. Sav stvoreni električni naboj

biva prikupljen elektrodama, bez gubitka.

- 13 -

Flat panel – Indirektni

Ovde detekcija se odvija u 2 faze. U prvom sloju detektora nalazi se

flurescentni sloj koji transformiše apsorbovanu energiju X – zaračenja u svetlost, a

onda svetlost, u sloju sastavljenom od niza fotodioda, izaziva stvaranje električnog

naboja. Taj električni naboj se očitava u najnižem TFT sloju.

Flurescentni sloj može biti od materijala koji se koristio kod flurescentnih

folija (najčešće gadolinijum oksisulfid) ili od kristala cezijum jodida. Cezijum jodid

zbog specifične kristalne strukture je mnogo bolji – apsorbuje više X zračenja i

manje je rasipanje svetlosti unutar sloja, ali je higroskopan i brzo se oštećuje ako

nije hermetički zapečaćen.

- 14 -

3. DIGITALNA OBRADA SLIKE

Kod metoda za obradu slike osnovni cilj je da se promene neke

karakteristike slike tako da ona bude pogodnija za prikaz na monitoru ili za dalju

analizu. U principu se obradom ne popravlja informacioni sadržaj slike, već se

olakšava korišćenje postojećih informacija.

Metodi za obradu slike su brojni, jer mnogo zavise od uslova pod kojima je

slika dobijena. Najčešći metodi za poboljšanje slike su poboljšanje kontrasta,

eliminacija šuma, izoštravanje slike, bojenje slike, itd.

3.1. Fourierova transformacija

Srž digitalne obrade slike je u transformaciji podataka u korisne informacije,

putem matematičkih algoritama. Primarni matematički metod koji se koristi u obradi

slike je Fourierova transformacija.

Fourijerovom metodom se postiže transformacija složenih funkcija u

odvojene i jednostavne funkcije (primer: muzika se pretvara u funkciju varirajućih

amplituda, frekfenciju i vremensku fazu). Kod digitalne obrade slike, Fourijerova

transformacija se koristi da bi se na određenim lokacijama slike prikazali različiti

intenziteti podataka.

Informacija primljena od procesora za obradu slike, može se obraditi putem

različitih matematičkih formula. Fourijerov algoritam je najznačajniji formula koja se

koristi u rekonstrukcij slike. Njom se

transformišu amplitude i vremenski

domen u područje frekvencije.

Fourierova transformacija,

grafikon prikazuje promenu prvobitne

forme talasa pomoću nekoliko dodataka.

- 15 -

3.2. Konvolucija i dekonvolucija

Ponekad je korisno modifikovati vrednost svakog piksela da bi se poboljšale

vizuelne karakteristike slike. Ovaj proces je ustvari matematičko filtriranje.

Konvolucija (savijanje) je proces modifikacije vrednosti piksela

matematičkom formulom. Ponekad se taj proces naziva maskiranje, zato što set

matematičkih operacija zamenjuje svaki piksel, tj. menja njegihovu vrednost. Ceo

proces predstavlja maskiranje svih podataka piksela i prikaz modifikovane slike.

Dekonvolucija je proces vraćanja vrednosti piksela na njihov prvobitni nivo

pomoću obrnutog procesa.

3.3 Korekcija neadekvatne ekspozicije

Prilikom korišćenja klasičnog radiološkog filma za dobijanje kvalitetne slike

bitni su parametri ekspozicije, kao što su kV, mA i vreme (mAs). Tako snimljene

slike mogu biti nedovoljno eksponirane ili prekomerno eksponirana pa nisu

upotrebljive za čitanje i postavljanje dijagnoze. U konvencionalnoj radiografiji

poželjno je da je područje od dijagnostičkog interesa unutar srednjeg dela

karakteristične krive, jer se najveće razlike u zacrnjenju filma postižu primenom

expozicije upravo u tom delu krivulje.

Kod digitalne radiografije nema karakteristične krive niti zone poželjne

expozicije. Koliku god dozu dajemo imamo konstantan kontrast. Procesor za

digitalnu obradu slike može da nam prikaže sliku po karakterističnoj krivoj ili po

digitalnom garfikonu (prava linija). Koristi se najmanja moguća doza , a kontrast je

optimalan. Na taj način smo izbegli ponavljanje snimaka i zaštitili pacijenta od

nepotrebnog zračanja uz optimalni kvalitet slike.

- 16 -

- 17 -

3.4 Kvalitet digitalne slike

Kvalitet podataka dobijenih od digitalnog receptora slike je meren njegovom:

- frekvencijom

- kontrastom

- vidljivošću detalja (oštrinom)

- šumom

3.4.1. Frekvencija

Pod frekvencijom se podrazumevaju sirovi podaci (raw data) na koji je

primenjena Fourijerova transformacija da bi se stvorila digitalna slika. Od

frekvencije zavisi kontrast unutar slike. Slika sa visokim kontrastom poseduje

visoku frekvenciju i obratno.

3.4.2. Kontrast

Kvalitet medicinske slike određuje metod kojim se slika stvara,

karakteristike opreme, kao i varijable u stvaranju slike koje bira operater. Kvalitet

slike nije samostalan faktor već je sastavljen od par faktora: kontrast, jasnoća

(blur), šum (noise) i distorzija.

Zadatak svakog sistema za stvaranje slike je da prevede specifične

karakteristike tkiva u sliku sa sivim tonovima ili u boji. Ako je kontrast adekvatan,

objekat će biti vidljiv. Stepen kontrasta na slici zavisi kako od posmatranog objekta

tako od sistema za stvaranje

slike.

- 18 -

Kontrast slike - je razlika u denziditetima među susednim površinama

(pikselima). Kontrast znači različitost. Kontrast kod digitalne radiografije je

ujednačen i nezavisi od ekspozicione doze. Kontrast je slabiji nego na filmu,

upravo zbog šireg opsega ekspozicionih doza koje može prikazati. Objekat u telu

će biti vidljiv na slici samo ako ima dovoljno fizičkog kontrasta u odnosu na okolno

tkivo. Prirodni kontrast postoji među tkivima koja se razlikuju po apsorbciji, a

apsorbcija zavisi od: 1. debljine materije kroz koju prolazi zračenje

2. rednog broja elementa

3. gustine materije kroz koju prolazi zračenje

4. talasne dužine samih fotona

Kontrast se može naknadnom obradom pojačati:

LUT – Look Up Table način za poboljšanje kontrasta predstavlja

digitalnu obradu piksela, tako što im se dodaju nove numeričke vrednosti, nekima

se smanje, a drugima povećaju, razlika među tim vrednostima postaje veća, a

samima tim, po definiciji, i kontrast. Tada linija gradacije poprimi izgled krive kakav

je kod filma, pri čemu kompjuter može da joj menja nagib, kao i opseg. Look up

tables (LUT) su podaci storirani u kompjuteru koji se koriste da zamene nove

vrednosti za svaki piksel za vreme obrade.

- 19 -

A B

A – ukoliko se pri obradi ne menja vrednost piksela linija gradacije ostaje ista kao i kontrast.

B – ukoliko se pikselima dodele nove vrednosti menja se kriva kao i kontrast, a i opseg.

Digital Image Windowing – Denzitet i kontrast digitalne slike mogu se

menjati promenom numeričkih vrednostima za svaki piksel. Fiziološki ljudsko oko

može prepoznati oko 32 tona sive skale, dok digitalni receptori mogu prepoznati

preko 1000, tako da je broj registrovanih nijansi mnogo veći nego što ih čovek vidi.

Što znači da slika daje samo mali deo podataka koje kompjuter sadrži. Svaka slika

je samo “prozor” u celokupnom spektru podataka.

Metodom prozora možemo da biramo koji deo od ukupnih informacija

želimo da prikažemo. Računar može jednostavno promeniti nivo i širinu prozora

pomoću matematičke rekalkulacije. Primera radi, na snimku pluća i srca, možemo

da koristimo “donji prozor” za priakaz medijastinuma i mekih tkiva (manji denzitet)

ili “gornji prozor” kad se bolje prikazuju plućna polja.

- 20 -

Prozor je raspon CT brojeva koji će biti prikazani različitim nijansama sive,

poređanih od crne do bele.Tkivo unutar prozora imaće različite nijanse sive i imaće

vidljiv kontarast. Svo tkivo i materijali koji imaju CT brojeve iznad prozora biće

skroz beli i neće imati kontrast unutar ovog raspona. Svi oni koji imaju CT brojeve

ispod prozora biće skroz crni i bez kontrasta. Sposobnost prozora je da da CT-u

veoma veliku kontrastnu osetljivost. To je zbog toga što prozor može biti namešten

da prikaže i učini vidljivim veoma male razlike u denziditetu tkiva.

Nivo prozora (windov level) – Pošto računar može prikazati veliki spektar

vrednosti, on može da “vidi” denziditet slike daleko ispod i iznad vidljivosti

čovečijeg oka. Jedna od najvažnijih vrednosti digitalne obrade slike je mogućnost

računara da matematički prikaže različitost denziditeta u vizualnom spektru od

ekstremno niskih ulaznih doza koje bi proizvele denziditete ispod normalnog

spektra vidljivosti.

Nivo prozora kontroliše denzitet slike.

Mora biti prilagođen na određeni nivo da bi prikazao dijagnostički relevantne

informacije.

Širina prozora (window width) – Računar može proširiti ili kompresovati

denzitet slike da bi je sveo na spektar ljudske vidljivosti. Promene širine prozora

ponekad se nazivaju siva skala ekspanzije ili kompresije (gray scale expansion or

compression).

Širina prozora kontroliše kontrast slike. Kada je širina prozora povećana

kontrast slike se smanjuje. Ekstremna širina prozorske širine zahteva od računara

da ignoriše fine razlike u kontrastu da bi mogao da prikaže čitav spektar podataka.

Ekstremno uska širina prozora zahteva od računara da ignoriše veliku količinu

podataka van izabranog spektra. Iz ovog razloga za širinu prozora se može reći da

kontroliše vidljivost detalja.

- 21 -

3.4.3. Pojačavanje vidljivosti detalja

� the Blurred Mask Subtraction Process

The Blurred Mask Subtraction je često korišćeno, posebno u digitalnoj

radiografiji, kako bi se pojačala vidljivost detalja u određenim kliničkim

procedurama. Važna napomena, ovaj proces ne razbistruje sliku i ne otkriva

detalje koji su bili potpuno izgubljeni. Ono što radi je povećanje vidljivosti

(kontrasta) nekih objekata, posebno tamo gde je vidljivost objekata do izvesnog

stepena ograničena velikom kontrasnom oblasti kao kod snimanja grudnog koša.

Proces se sastoji oz dva različita koraka. Prvo, pravi se zamućena

(zamagljena) kopija originalne slike. Uobičajeni način digitalne obrade koji se može

koristiti da bi se dobila zamagljena slika, je jednostavno zamenjivanje svake

vrednosti piksela sa prosečnom vrednošću iz njegove okoline. Ovim se dobija

"blurred mask" slika. Zamagljivanje uklanja sve detalje sa slike. Sada imamo dve

slike. Originalna slika sadrži veliku kontrasnu pozadinu sa još nekim detaljima.

Zamagljena mask image sadrži samo veliku kontrasnu pozadinu.

Poslednji korak je kada kompijuter oduzima “blurred mask” sliku od

orginalne slike. Ovaj proces redukuje velike oblasti pozadinskog kontrasta, a

ostavlja kontrast detalja. Rezultat je povećana vidljivost i kontrast detalja.

- 22 -

� DSA – digitalna subtrakciska angiografija

Postoje dva osnovna sistema DSA: priključni i integralni sistem.

Priklju čni sistem je tako građen da preuzima televizijski signal sa

elektronskog pojačala PES-a i TV kamere i prevodi ga digitalnom obliku. Danas je

ova tehnologija DSA uređaja napuštena usprkos široke primene u prošlosti zbog

lošeg odnosa signala i šuma, signaltonoise ratio(SNR). Da bi se dobila kvalitetna

slika kod ovih uređaja potrebno je spojiti nekoliko pojedinačnih slika (frame).

Integrisani sistem se sastoji od rendgenskog uređaja i detektora za

dobijanje slike, koji čine jedinstvenu celinu. Ovaj sistem je danas u širokoj primeni i

omogućava visok kvalitet slike. Za digitalne angiografske uređaje jedna od

najvažnijih opcija je subtrakcija slike, odnosno brisanje gotovo svih struktura osim

kontrastno ispunjenih krvnih sudova. Postoje tri načina subtrakcija:

1. Temporalna ili vremenska subtrakcija koristi se principom

preklapanja slika («frame») u različitim vremenskim intervalima, odnosno

preklapanjem nativno učinjenog snimka, koji se naziva maska, s

postkontrastnom. Kod preklapanja dolazi do brisanja svih identičnih

struktura na obe slike, a zaostaju, odnosno ne brišu, se strukture koje se

vide samo na jednoj slici. Na ovaj način u potpunosti je izbrisan skelet, ali i

druge identične strukture, dok zaostaju i ne brišu se kontrastno obojene

krvne žile. Problem ove subtrakcijske tehnike je da zaostaju i svetline

gasnog sadržaja iz creva (kod neadekvatne pripreme), koje tokom pregleda

menjaju oblik i položaj te mogu smetati u analizi.

2. Energetska subtrakcija (dual energy) je subtrakcija upotrebom

visokih i niskih energija rentgenskih zraka. Ovo je od posebnog značaja za

strukture koje se pomeraju zbog mogućnosti njihovog brisanja. Nezgoda

ove subtrakcije je brisanje ili mekih tkiva ili kostiju uz nemogućnost brisanja i

jedne i druge strukture.

3. Hibridna subtrakcija koristi deo principa vezanih uz energetsku

subtrakciju, a deo temporalne. Pre apliciranja kontrastnog sredstva

primenjuje se energetska subtrakcija , čime se poništavaju mekotkivne

strukture. Kratki vremenski intervali između ove dve faze omogućavaju i

brisanje vazduha iz crevnih vijuga, tako da sada imamo sliku sa kostima.

Potom se aplikuje kontrast te se primeni vremenska subtrakcija kod koje

masku čini prethodno dobijena slika energetskom subtrakcijom. Rezultat

- 23 -

ove procedure je brisanje i koštanih struktura tako da se prikazuju samo

krvni sudovi ispunjeni kontrastom.

3.4.4. Šum

Još jedna karakteristika svih medicinskih slika je šum. Šum slike, daje slici

hrapav ili granulast izgled. Izvor i količina šuma slike zavisi od metode kojom se

dobija. Opšta posledica povećanja šuma slike je smanjenje vidljivosti objekta. U

većini situacija medicinskih snimanja efekat šuma ima najveći uticaj na nisko-

kontrasne objekte koji su već blizu praga vidljivosti.

Šum slike je slučajna pozadinska informacija (smetnja) koja je detektovana,

ali ne doprinosi kvalitetu slike. On se podudara sa audio šumom, kao što je statični

“beli šum” koji se čuje između frekfencija radiostanica. Beli šum se vizualizuje kao

sneg između televiziskih stanica. Mera za šum je S/N (signal to noise ratio). Visok

S/N ukazuje na mali šum u slici. Komponenta sa najvećom primenom šuma u

digitalnom sistemu je TV kamera. Sistemi za komercijalnu upotrebu imaju S/N 200,

a sistemi sa visokom rezolucijom koji se koriste

u digitalnoj radiografiji imaju S/N između 500 i

1000.

Efekt nivoa šuma na digitalnoj slici

može se porediti sa efektom zamagljenosti na

rtg snimku. Šum slike je obrnuto srazmeran

kontrastu, povećanje šuma dovodi do

smanjenja kontrasta na slici.

- 24 -

3.6. Histogram

Vertikalna osa predstavlja količinu piksela, a horizontalna osa vrednost

piksela

Tokom digitalne obrade slike stvoren je histogram od dobijenih podataka,

koji dozvoljava da digitalni sistem nađe koristan signal, nalaženjem minimalnog i

maximalnog signala unutar anatomske regije od interesa. Da bi stvorio histogram

skenirani deo je podeljen na piksele i intenzitet signala za svaki piksel je određen.

Tipičan primer histograma pluća sa

različitim anatomskim regijama.

- 25 -

Računarski sistem je programiram za svaki deo tela ponaosob, time što

poseduje histogram, koji se upoređuje sa dobijenim histogramom sa detektora.

Time se eliminišu nepotrebne informacije. Na taj način se ispravljaju greške

ekspozicije.

Grafikon levo pokazuje kako

kompjuter analizira grudni histogram,

zatim prikazuje regije od interesa van

pluća.

Grafikon desno prikazuje, kako

veličina polja utiče na histogram. Na

donjoj slici ramena prikazana je i

kičma, sto utiče na promenu položaja

regije od interesa na hiostogramu.

- 26 -

3.7. Trodimenzinalna slika

Forma slike koja se sve više koristi (npr. u planiranju preoperativne neuro

facijalne i ortopedske hirurgije) je trodimenzionalna prikaz površina organa i

kostiju.

Nastanak slike je vrlo kompleksan i vezan je za prepoznavanje granica

tkiva, tj. kompjuter detektuje granicu između tkiva (npr. kosti i meko tkivo) u

svakom preseku gde apsorbovani X – zarci naglo slabe i crtaju liniju konture

objekta.

Suština 3D nastanka slike je u slaganju voksela određenog denziteta, čija

je vrednost određena linearnim slabljenjem koeficijenta tkiva u odgovarajućem

volumenu tela.

Jedna od prednosti 3D slike, je u tome što se vrednosti voksela mogu

menjati, tako da im se dodeli vrednost transparencije, u tom slučaju npr. kod krvnih

sudova mozga, kada se vokselima moždane mase (sive i bele) dodeli vrednost

transparencije, vidljivost mozga se gubi, a na displeju ostaju prikazani krvni sudovi.

- 27 -

Prikaz medijastinuma i gornjg abdomena sa Obrada slike u programu

koštanim strukturama za uklanjanjne koštanih struktura

Iizdvajanje anatomske regije Regija od interesa posle uklanjanja

koju želimo da prikažemo koštanih struktura

- 28 -

4. KOMPRESIJA SLIKE

Slika sadrži ogromnu količinu podataka. Jedna standardna digitalna slika

rezolucije 512 × 512 piksela ima oko 256 000 elemenata. Ako se svaki piksel

predstavi sa 8 bita, za predstavljanje takve slike potrebno je 256 kB.

Prenos ovako velikih količina podataka telekomunikacionim kanalima

predstavlja ozbiljan problem. Slični su problemi ako sliku ili video signal treba

zapamtiti na nekom memorijskom medijumu. Da bi prenos i skladištenje slika bio

tehnički moguć i ekonomski isplativ, potrebno je primeniti neke tehnike kompresije,

kojima se smanjuje broj bita potreban za reprezentaciju slike.

S obzirom na značaj i potrebu za kompresijom podataka u slici, razvijen je

veliki broj metoda kompresije. Jedna grupa metoda kompresije redukuje broj bita

za reprezentaciju slike bez ikakvog gubitka informacija. Druga grupa metoda

kompresije vrši kompresiju uz gubitak beznačajne količina informacija. Naravno,

stepen kompresije ove druge grupe metoda znatno je veći.

Kompresija slike predstavlja proces

redukovanja numeričke veličine digitalne

slike.Postoje mnoge matematičke metode

kojima se vrši kompresija.

Lossless - Kompresija bez gubitka je

kada nema gubitka kvaliteta slike, i koristi

se u mnogim medicinskim aplikacijama.

Veličina kompresovane slike se smanjuje

dva puta.

Lossee – pri ovom načinu

kompresije postoje izvesni gubici kvaliteta

slike i mora se pažljivo koristiti za dijagnostičke slike. Veličina kompresovane slike

se smanjuje za pedeset puta.

- 29 -

5. INFORMACIONE TEHNOLOGIJE (IT sistemi)

• Šta je PACS? Picture Archiving and Communications Systems (PACS)

PACS omogućava da se slike (snimci) kao što su rendgenografije ili skenovi

mogu čuvati i skladištiti u elektronskom formatu i sagledavati na ekranu, tako da

doktori i drugi profesionalci iz oblasti zaštite zdravlja mogu pristupiti informacijama i

upoređivati ih sa drugim slikama jednim pritiskom na dugme.

• Zašto je mreži bolničkih sistema (NHS network hospital sistem) poterban

PACS?

U proteklih 100 godina film je bio gotovo jedini način (medijum) snimanja,

skladištenja i prikazivanja radiografskih slika. Film je medijum bez ili sa malom

mogućnosti promene sa obično jednim dostupnim kompletom slika. PACS

tehnologija pomoću fleksibilnosti digitalnih sistema omogućava procese bez

upotrebe filma. Takođe, ona oslobađa od troškova vezanih za filmove (materijal za

izradu slika) kao i značajan prostor koji se trenutno koristi za magacioniranje.

5.1 PACS

Transformacija podataka u korisne informacije

Dramatično povećavanje imformacija i slika mora biti pretvoreno u korisne

kliničke informacije, prema tome rešenje koje će biti efikasno za upravljanje,

sortiranje , pregledanje tih slika postaje sa ekonomskog i kliničkog aspekta

neophodno. Ova potreba objašnjava povećanu primenu PACS-a. Sada se sa

PACS datotekom očekuje povećanje efikasnosti, koje će do 2012 godine bit za 75

– 80% od trenutne (odnosi se na ekonomski razvijene zemlje).

- 30 -

Efikasnost novog digitalnog sistema

Primer funkcionisanja PACS-a:

1. Kao prvo mora postojati bolnički informacioni sistem (HIS/RIS)

koji treba povezati na PACS server. Program PACS servera omogućava

mnoge funkcije, kao što su prenos, skladištenje, korišćenje korisnih

informacija.

2. Kada nalog stigne u PACS server on će pomoću parametara

za pretraživanje tražiti ranije podatke o pacijentu, i pridodati ranije

radiološke pretrage (ako su storirane u storage serveru). Sada, lekar može

da uzme sadašnje i ranije radiološke izveštaje i slike sa PACS servera kada

se ime pacijenta pojavi na njegovoj radnoj listi.

3. Te radne liste trebaju

biti unapred pripremljene od

strane (HIS/RIS-a) i dostavljene

relevantnim službama.

4. Primer:

Pacijent stiže na CT glave,

dobijeni podatci sa CT-a se

prebacuju do PACS servera a

posle toga do servera za

skladištenje, a zatim do

dijagnostičke radne stanice, radiolog očitava snimak uz pomoć različitih

digitalnih programa, 3D alatom, kompjuterskom detekcijom dijagnoza.

Potom on obeležava ključne detalje na slici i sačinjava dijagnostički izveštaj.

5. Obrađene slike se automatski prebacuju na PACS server a

potom se prosleđuju na (HIS/RIS), zatim konačni povratni nalaz se vraća na

PACS i odatle dolazi na arhivni skener gde se skladišti. Od tog momenta

radiološki raport i slike su momentalno dostupni svom medicinskom osoblju

u bolnici.

- 31 -

6. Sledeći korak je, ostvariti da ti podatci budu dostupni lekarima

koji vode pacijente. PACS server može automatski kreirati e – mail koji bi

sadržao izveštaj radiologa i ključne slike.

7. Ti lekari dobijaju sažetak obrađenih podataka, a ukoliko žele

da dobiju više moraju da kliknu na funkciju (ceo sadržaj), ili (ključne slike),

da bi dobili detaljniji prikaz.

8. Sada lekar može automatski proučiti slučaj pomoću alata na

naprednoj radiološkoj radnoj stanici. Ako on ima pitanja za radiologa on

može prikačiti sliku nazad uz pripadajuće pitanje.

- 32 -

6. ZAKLJU ČAK

Pogled u budu ćnost

Pogled u budućnost

otkriva, elektronske zdravstvene

kartone (podatke) gde su sve

informacije digitalne, dostupne

preko interneta (sa sigurnim

(bezbednim) bežičnim pristupom)

i koima efikasno mogu da se

koriste zdravstveni radnici,

osiguravajuće kompanije i

pacijenti.

Sutra će možda biti moguće da hirurzi u operacionim salama imaju video-

konferencijsku vezu sa drugim specijalistima kako bi mogli da reše neočekivane

probleme koji se mogu pojaviti tokom operacije.

Kako bi se suzbijale medicinske greške, pacijenti će uskoro imati

identifikacione narukvice sa bar kodovima, a moguća je i skora upotreba RFID

narukvica sa fotografijom pacijenta.

- 33 -

7. LITERATURA

1. prof. dr. sc. Andrija Hebrang i saradnici (2001): Radiologija, Zagreb, Medicinska naklada

2. prof. dr. sc. Damir Miletić: Kolegij: Digitalni zapis u radiologiji, Stručni studij medicinske radiologije /3 godina/

3. R. Carlton i saradnici (2001): Priciples of radiographic imaging, SAD, Delmar, Thomson Learning

4. Dr Miodrag V. Popović (1998.): DIGITALNA OBRADA SLIKE Beograd, rukopis

5. Siemens Medical Solutions www.medical.siemens.com 6. A Digital Imaging Transformation In Radiology Departments

www.HCTProject.com 7. VARIAN MEDICAL SYSTEMS 2002 ANNUAL REPORT DIGITAL

X-RAY IMAGING 8. Radiološki vjesnik Godina XXXII; broj 1/2002 Hrvatsko društvo

inženjera medicinske radiologije