Модуль ввода-вывода информации системы цифровой рентгенографии (стр. 3 из 12)
Как правило, число пикселей в матрице так велико, а размер пикселя так мал, что при обыкновенном рассмотрении изображения невозможно воспринять расчленение его на отдельные элементы. Однако при увеличении фрагмента на мониторе структура пикселя становится заметной, что создает помехи при рассмотрении изображения.
Четкость изображения величин серой шкалы (количество возможных величин пикселя) определяется с помощью количества битов, необходимых на каждый пиксель (глубина в битах). Чем больше глубина битов, тем точнее и четче показания параметров изображения. При недостаточной глубине битов на изображениях могут появиться ложные контуры кривой интенсивности там, где цифровая величина изменяется на одну ступень. Глубина битов, необходимая для предотвращения подобных артефактов, зависит от объема динамики изображения и от шумов в изображении. Чем больше отображаемый спектр интенсивности и чем слабее шумы, тем больше бит-уровней нужно для безошибочной оцифровки изображения, однако при этом увеличиваются затраты на аналого-цифровое преобразование, на сохранение и переработку. Для глубины битов радиологических изображений типичны следующие величины: 8, 10 или 12 битов (таблица 2.1).
Таблица 2.1 – Типичные величины размеров матриц и глубин битов при разных методах лучевой диагностики
| NN п/п | Методы лучевых исследований | Размер матрицы | Глубина в битах |
| 1 | РКТ и МРТ | 512 × 512 | 12 бит |
| 2 | ЦРГФ | 512 × 512 | 8 бит |
| 3 | ДСА | 1024 × 1024 | 10 бит |
| 4 | ЦПРГФ (накапливающая фольга, селен) | 2000 × 2000 | 10-14 бит |
2.2 Цифровые рентгенографические системы
Преобразование традиционной рентгенограммы в цифровой массив с последующей возможностью обработки рентгенограмм методами вычислительной техники стало распространенным процессом. Такие аналоговые системы зачастую имеют очень жесткие ограничения на экспозицию из-за малого динамического диапазона рентгеновской пленки. В отличие от аналоговых, прямые цифровые рентгенографические системы позволяют получать диагностические изображения без промежуточных носителей, при любом необходимом уровне дозы, причем это изображение можно обрабатывать и отображать самыми различными способами.
На рисунке 2.3 приведена схема типичной цифровой рентгенографической системы. Рентгеновская трубка и приемник изображения сопряжены с компьютером и управляются им, а получаемое изображение запоминается, обрабатывается (в цифровой форме) и отображается на телеэкране, составляющем часть пульта управления (или устройства вывода данных) оператора-рентгенолога.
Рисунок 2.3 – Составные элементы цифровой системы получения рентгеновских изображений
Аналогичные пульты управления можно применять и в других системах получения изображения, например на основе ядерного магнитного резонанса, или компьютерной томографии. Цифровое изображение можно записать на магнитном носителе, оптическом диске или же на специальном записывающем устройстве, способном постоянно вести регистрацию изображения на пленку в аналоговой форме.
В России прямая цифровая рентгенографическая система Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН применяется в нескольких клинических больницах. В этой системе рентгеновская пленка как регистратор рентгеновского излучения заменена многопроволочной пропорциональной камерой. Такая камера вместе с электронными схемами усиления и формирования импульсов представляет собой линейку на 256 практически независимых каналов, имеющих чувствительную поверхность 1´1 мм. (В последних моделях 350 каналов и 0,5 ´ 0,5 мм.) Использование в счетчиках в качестве рабочего газа ксенона при давлении 3 кгс/см2 обеспечивает высокую эффективность регистрации излучения. Эта система может быть отнесена к классу ионографических приборов для цифровой рентгенографии, передающих изображение на внешние устройства отображения.
В других цифровых рентгенографических системах используют твердотельные приемники с высоким коэффициентом поглощения рентгеновского излучения.
В обоих разновидностях упомянутых рентгенографических систем применяется метод сканирования с построчной регистрацией изображения, которое воспроизводится в целое на дисплее компьютера (сканирующая проекционная рентгенография).
Ко второму классу цифровых рентгенографических систем следует отнести люминофоры с памятью и вынужденной люминесценцией, которая затем регистрируется. Это приемник с непосредственным формированием изображения.
Системы получения изображения со сканированием рентгеновским пучком и приемником имеют важное преимущество, состоящее в том, что в них хорошо подавляется рассеяние. В этих системах один коллиматор располагается перед пациентом с целью ограничения первичного рентгеновского пучка до размеров, необходимых для работы приемника, а другой – за пациентом, чтобы уменьшить рассеяние. На рисунке 2.4 изображена линейная сканирующая система для получения цифрового изображения грудной клетки. Приемником в системе является полоска из оксисульфида гадолиния, считывание информации с которой ведется линейной матрицей из 1024 фотодиодов. Проекционные рентгенограммы синтезируются также сканерами компьютерной томографии и выполняют вспомогательную роль при выделении соответствующего сечения.
Рисунок 2.4 – Система линейного сканирования для цифровой рентгенографии грудной клетки
Главным недостатком сканирующих систем является то, что большая часть полезной выходной мощности рентгеновской трубки теряется и что необходимы большие времена экспозиции (до 10 с).
2.3 Цифровые технологии получения рентгенографических изображений
Термин "цифровая рентгенография" применяется к методам, при которых рентгеновское изображение преобразуется в цифровой сигнал. Принцип формирования цифрового изображения на всех приборах одинаков. Если на каждой единице площади аналогового изображения рассчитать среднюю плотность почернения и поставить соответственно этой плотности числовые значения, то мы получим изображение в виде цифровой матрицы. Таким образом, матрица видимого изображения складывается из отдельных мельчайших элементов – пикселов (неологизм от picture – рисунок и cell – ячейка).
Каждый пиксел имеет в матрице свои пространственные координаты (ряд и колонку), которые соответствуют расположенному в теле пациента элементарному объему – вокселу (volumeelement).
Для показа изображения цифровая матрица вновь трансформируется в матрицу видимых элементов изображения – пикселов. На матрице пиксел представляет собой четырехугольник с высотой равной расстоянию между двумя оттенками серой шкалы и шириной, равной одному шагу вдоль линии матрицы.
Размер ячейки матрицы (пиксела) цифрового изображения должен зависеть от размера самой мелкой из имеющих диагностическое значение деталей.
Цифровая технология обладает рядом преимуществ, среди которых, прежде всего можно отметить оптимизацию плотности изображения (анализ большого числа оттенков серой шкалы), возможность его математической обработки с помощью различных программ, передача изображения на расстояния и удобное архивирование. Число возможных оттенков серой шкалы в диапазоне между черным и белым определяется динамическим диапазоном и отражает контрастное разрешение цифрового изображения.
В цифровых системах величина динамического диапазона позволяет правильно отражать разницу плотностей в соотношении 1:1000, что значительно выше фотографической широты обычной рентгеновской пленки, поскольку последняя может отразить разницу плотностей в максимальном соотношении 1:20 [5].
Цифровые технологии получения рентгеновского изображения находят все более широкое распространение в лучевой диагностике. Все существующие или находящиеся в стадии разработки системы цифровой рентгенографии делятся по принципу детектирования рентгеновского излучения на пять основных видов:
· система с оцифровкой рентгеновского электронного изображения, получаемого с усилителя рентгеновского изображения УРИ;
· цифровая рентгенография на запоминающих люминофорах;
· цифровая селеновая рентгенография;
· цифровая рентгенография на основе линейных преобразователей (газовых или полупроводниковых);
· цифровая рентгенография на основе полноформатной матрицы.
В настоящее время самой распространенной системой является цифровая рентгеноскопия и рентгенография, получаемая методом оцифровки рентгеновского электронного изображения. Во всех этих системах аналоговые сигналы после оцифровки записываются в виде цифровой матрицы изображения. Их значения заносятся в память компьютера и подвергаются дальнейшей обработке.
Для получения изображения цифровое значение каждого пикселя трансформируется в точку определенной яркости на экране электронно-лучевой трубки или в определенную оптическую плотность на твердой копии изображения. Основным недостатком подобных систем является малый размер рабочего поля УРИ.
Второе по частоте распространение получила цифровая рентгенография на запоминающих люминофорах.
Данный метод основан на фиксации рентгеновского изображения запоминающими люминофорами. Экран, покрытый запоминающим люминофором, внешне похож на обычный усиливающий экран и функционирует сходным образом, запоминая информацию в виде скрытого рентгеновского изображения для последующего ее считывания и воспроизведения. Скрытое изображение на таком экране способно сохраняться длительное время (до 6 часов). Считывание его производится инфракрасным лазером, под действием которого происходит освобождение накопленной на люминофорах энергии в виде вспышек света. Эти вспышки видимого света преобразуются с помощью фотоэлектронного умножителя в серию электрических сигналов и далее через аналого-цифровой преобразователь в цифровые сигналы, чтобы образовать бинарную матрицу, отражающую яркостные показатели каждого пикселя.