2017-03-03
Digitala röntgenbilder
Patrik Sund, Sjukhusfysiker, PhD
MFT/Diagnostisk strålningsfysik
Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Från exponering till diagnos
Hendee, W; The perception of visual information; Radiographics; 1987 vol: 7 (November) pp: 1213-1219
2
Vad menas med digital
radiologi?
Digital - analog
Vad är ”digitalt” i en
digital röntgenbild?:
– bildelement (pixlar)
– gråskalenivåer
1
2017-03-03
Vad är det för speciellt med
digitala bilder?
Logistik:
– Lagras på datorer
– Skickas på nätverk
– kan granskas på monitorer
Kan bildbehandlas:
– bättre skärpa kantförstärkning
– bättre kontrast
– mindre brus
Svärtningen är
oberoende av stråldosen
Viktigt att komma ihåg!
Digital bildtagning har fyra helt separata steg
• Insamling av data
• Bildbehandling
• Visning
• Lagring
Jämför med film som utför alla delarna utom
bildbehandling, inget av stegen kan skiljas från de övriga.
I digital bildtagning kan varje steg kontrolleras individuellt.
Bildmatris
Varje bild byggs upp av
ett ”rutnät” av bildelement
(pixels - från engelskans
picture elements)
Varje bildelement har ett
visst gråskalevärde
(pixelvärde). Antal
möjliga unika värden
bestäms av
kontrastdjupet.
2
2017-03-03
Bildmatrisens storlek
Bildmatrisens storlek uttrycks ofta i antal tusen
(K = kilo) bildelement i matrisens rader och
kolumner. 1K=1024.
Ex: En 2K -matris betyder 2048 x 2048
bildelement.
Storleken kan även uttryckas i MegaPixel vilket
speglar det totala antalet (miljoner) pixlar.
Ex: 2K -matris med 2048 x 2048 bildelement blir
4,2 MegaPixel.
Bildmatrisens storlek
SD-TV: 720 x 576 = 0,4 Megapixel
HD-TV: 1920 x 1080 = 2,1 Megapixel
Ultra-HD (4K): 3840 x 2160 = 8,3 Megapixel
Kompaktkameror: ~ 12 Megapixel
Bildmatrisens storlek
Spatiell upplösning inom radiologi
– CT-bilder: 512x512, 1024x1024
– Angiografi: 1024x1024
– CR-bilder: 2000x2500
– Generellt ökande
3
2017-03-03
Bildmatrisens storlek
Spatiell upplösning
– antal pixlar i x- och
y-led
– exempel 10x27
exempel 149x312
Kontrastdjup
Kontrastupplösning
Antal gråtoner att välja
mellan i varje pixel
Exempel: 2 gråtoner
1
0
0
1
Kontrastdjup
Kontrastupplösning
Exempel: 4 gråtoner
0
2
1
1
3
0
2
0
1
0
3
2
0
3
3
2
4
2017-03-03
Konventionell film
0.5 mAs
1 mAs
2 mAs
underexponerad
4 mAs
(400)
8 mAs
16 mAs
32 mAs 63 mAs
överexponerad
Digitalt system
0.5 mAs 1 mAs
(3200) (1600)
2 mAs
(800)
4 mAs
(400)
8 mAs
(200)
16 mAs 32 mAs 63 mAs
(100)
(50)
(25)
Skärm/film: Svärtningsoptimering
Digitalt: Brusoptimering
Bild 1
Bild 2
Bild 3
Bild 1 - 3: Olika stråldos! Sänk stråldoserna till den
nivå där bruset blir nästan oacceptabelt högt!
5
2017-03-03
Bildbehandling
Visning av pixelvärden
255
Pixelvärden
254
253
252
Varje pixelvärde
tilldelas en
”svärtning”
…
4
3
2
1
0
17
Val av gråskala
Vanlig röntgenbild
Äldre teknik:
Skärm/film
Modern teknik: Digital detektor
Genomlysning
Äldre teknik:
Modern teknik:
Bildförstärkare
Bildförstärkare / Digital detektor
Skillnader i gråskala är kopplad till den teknik som fanns tillgänglig
förr. Idag finns inga tekniska hinder att visa bilder på likartat sätt
men traditionens makt är stor.
6
2017-03-03
Exempel på olika
fönstersättningar
"Svärtning"
Svart
Vitt
Dos till bildplatta (pixelvärde)
19
Flerskalig bildbehandling
Finns hos de flesta som säljer digitala
system
Fuji: MFP (Multi Frequency Processing)
Agfa: MUSICA (MUlti Scale Image Contrast
Amplification)
Philips: UNIQUE (UNified Image Quality
Enhancement)
20
Flerskalig frekvensåtergivning
Höga frekvenser
Små objekt
Låga frekvenser
Stora objekt
21
7
2017-03-03
Kantförstärkning
I ett bildbehandlingsprogram kan t.ex. kanter förstärkas
Latitudreduktion
23
DICOM
8
2017-03-03
Bild- och datainsamling
Den digitala
avdelningen har en
mångfald av
bildgivare
En standardiserad
metod att kommunicera mellan bildgivare
och bildvisare, arkiv,
etc. krävs
Patient- och bildrelaterad
information
Den rena bildmatrisen måste kopplas ihop
med patientdata för att kunna hanteras
och hittas vid ett senare tillfälle.
Patient- och bildrelaterad
information
Fönstersättningar och övriga inställningar
måste på något sätt sparas för att inte gå
förlorade.
Anpassa
fönstersättningar
Arkiv
Originalbild
9
2017-03-03
DICOM-standarden
DICOM står för Digital Imaging and
Communications in Medicine och är en oerhört
omfattande och komplex standard.
Är inte bara ett sätt att lagra bilder utan är även
en standard för hur olika bildhanterande
utrustningar ska kommunicera med varandra.
Täcker de flesta områden som ”vanlig” röntgen,
CT, MR, angio, ultraljud, nukleärmedicin m.m.
DICOM täcker det mesta i
medicinsk avbildning
DICOM överför inte bara radiologiska
bilder, utan också:
- Kardiologi (Angio, US, NM)
- Onkologi (Fältkontrollbilder)
- Dentalbilder
- Patologi, Endoskopi, Mikroskopi, etc.
1993
CT
MR
CR
Second. Capt. (SC)
1995
X-Ray Cardio/Vasc
X-Ray Fluoro
1996
US
NM
PET
1997
RT
1998
X-Ray Digital RAD
X-Ray Digital Mammo
X-ray Intra-Oral
Stored Print
1999
Pathology, Optalmo.
Waveform
Structured Reporting
Advanced MR
Informationsmodell
4 nivåer av information
1.
2.
3.
4.
Patient
Study
Series
Image
Each Series shall contain at least one Curve IE, VOI Lookup Table IE, Overlay IE,
Modality LUT IE, Stored Print IE, Presentation State IE, SR Document IE or Image IE.
10
2017-03-03
DICOM - tjänster
exempel
Work list
Modality
Store
Results
– Skicka/lagra
Query/Retrieve
– Fråga/hämta
RIS
Print
Store
Store
Print
– Printa bilder
Work list
Store
Query/Retreive
Print
– Patientlista
(från RIS)
Printer
Work station
Archive
Alla tjänster finns inte alltid i “DICOM utrustning”!
DICOM-standarden
Ingen utrustning uppfyller hela standarden
utan endast valda delar. Vilka delar som
uppfylls ska finnas angivet i ett
conformance statement.
Beskriver även hur bilder ska skickas,
sparas, presenteras, m.m.
Bildskärmar
11
2017-03-03
Varför bry sig om monitorer?
Monitorer är länken mellan
människa och PACS
Digitala bilder kan
visas på två sätt
Bildskärmar (soft-copy)
CRT, LCD, Projektor,
Plasmaskärm, …
Printade bilder (hard-copy)
Torrlaser, våtlaser,
vanliga pappersbilder, …
35
Liquid Crystal Display (LCD)
Vanligaste typen av
monitor
Finns både som färg och
dedicerad svart-vit
Maxluminans
≈ 1500 cd/m2 (svart-vit)
≈ 900 cd/m2 (färg)
36
12
2017-03-03
LG 15” OLED TV
37
Vad är en bild?
En bild är mer än lagrad data.
Den enda del av en bild vi kan se är
ljuset som bilddata ger upphov till.
Men hur tolkas detta synliga ljus?
Bakgrund
Hur kan man säkerställa att en bild ser likadan
ut överallt där den visas?
Hur optimerar man bildvisningen till det
mänskliga synsystemet?
Monitorer har olika ljusstyrka och står i rum
med olika bakgrundsbelysning.
13
2017-03-03
Problem
Till vänster: Visning på
ett bildvisningssystem
med kontrast anpassad
efter bilden/objektet
Till höger: Samma bild
på ett annat system
med annan gråskala.
Resultat: Ingen eller
dålig kontrastupplösning
God synbarhet
Dålig synbarhet
Mål: En gråskala som är
oberoende av visningsmedium
Digital bild
Monitor
Printad bild
Verifiering av kalibrering
Enda sättet att verifiera en kalibrering är genom att visa
testbilder med samma mjukvara som kommer att
användas för att visa medicinska bilder.
Lämpliga testbilder är:
TG18-LN12-01 to -18
(kräver mätningar)
TG18-QC or TG18-CT
(visuell bedömning)
42
14
2017-03-03
Typiska värden
Digital bild
Bildskärm
3000×3000 pixlar = 9 MP
1200×1600 pixlar = 2 MP
14 bitar kontrast
16384 gråskalevärden
8 bitar kontrast
256 gråskalevärden
Den digitala bilden innehåller 288 gånger mer
information än vad bildskärmen kan visa vid ett och
samma tillfälle.
43
Val av informationsmängd
Förminskning
reducerar storleken
(och upplösningen)
i alla tre
dimensionerna
Ett utsnitt visar all
information i en
viss del av bilden
Färger påverkas av omgivningen
15
2017-03-03
16
