آشنایی و معرفی تصاویر پزشکی دیجیتالی

آشنایی و معرفی تصاویر پزشکی دیجیتالی

اسلاید 1: آشنايي و معرفي تصاوير پزشكي ديجيتالي

اسلاید 2: تاريخچهتصویر برداری از اعضای بدن برای اولین بار توسط ویلهلم کنراد رونتگن فیزیکدان آلمانی و استاد دانشگاه ورزبورگ (wurzburg) آلمان در شب 8 نوامبر سال 1895 میلادی همزمان با کشف اشعه ایکس از استخوانهای دست همسرش انجام گرفت. علت نامگذاری ایکس به این اشعه نداشتن ایده بخصوصی در مورد آن بود. بنابراین آن را اشعه ناشناخته یا مجهول ایکس نامیدند و تصویرگیری با این اشعه ، رادیولوژی نامیده شد.

اسلاید 3: انواع وسايل تصوير برداري پزشكي دستگاههای رادیولوژی ساده در این دستگاه‌ها بوسیله تولید اشعه ایکس در یک تیوپ و بکاربردن یک سری تکنیکها و شرایط لازم و عبور اشعه از بدن بیمار و برخورد آن با فیلم و سپس ثبت تصویر بوسیله دستگاههای ظهور و ثبوت از اعضای مختلف بدن تصویر برداری می‌شود. دستگاه سی‌تی اسکن (computeriz tomography) در این دستگاه تصویر برداری مقطعی و عرضی توسط چرخش دستگاه به دور عضور مورد نظر صورت می‌گیرد و در هر چرخش یک مقطع از عضو را در کوتاهترین زمان تصویرگیری می‌کند و تصاویر توسط کامپیوتر بازسازی می‌شوند. دستگاه ام آر آی (magnetic Resonance Imaging) استفاده از یک میدان مغناطیسی بزرگ است که وقتی بیمار در آن قرار می‌گیرد، امواج رادیویی که دستگاه می‌فرستد، بر روی هسته اتم هیدروژن در بدن اثر گذاشته و آنها را در یک میدان مغناطیسی قرار می‌دهد. سپس تصویرگیری توسط کامپیوتر از مقاطع مختلف عضو مورد نظر صورت می‌گیرد.

اسلاید 4: دستگاه پت (positron Emission tomogeraphy) برای استفاده از این سیستم یک عنصر رادیواکتیو که پوزیترون تولید می‌کند، وارد بدن بیمار می‌شود و سپس دو عدد پرتو گاما تولید می‌شود. بر این اساس در این سیستم آناتومی و فیزیولوژی بدن مشخص می‌شود. پزشکی هسته‌ای (RNI) یک ماده رادیواکتیو از طریق داخل رگی یا خوراکی یا استنشاقی مورد استفاده بیمار قرار می‌گیرد. به علت اعمال متابولیک در بدن این مواد رادیواکتیو در محل خاصی تجمع می‌یابند. سپس یک دوربین در این سیستم به نام دوربین گاما تعداد تشعشعات گامای ساطع شده از بیمار را شمارش می‌کند که نشان دهنده میزان جذب اکتیویته در آن عضو مورد نظر است. در نتیجه یک بیماری خاص مثلا تومور می‌تواند در شمارش تغییر بوجود آورد و بیماری تشخیص داده می‌شود.

اسلاید 5: سیستم پکس(PACS)چیست؟ Picture Archiving and Communication Systems سازمان بهداشت جهانی WHO به تولید کنندگان فیلم رادیولوژی فرصت داده است که تا سال 2010 میلادی تولیدشان را به دلیل آسیب به محیط زیست متوقف نمایند.بایگانی تصاویردیجیتال پزشکی و سیستم های ارتباطی (داخل و خارج مراکز درمانی) که موارد زیر در سیستم پکس (PACS) استاندارد باید قابل دسترسی باشند تا آن مرکز تصویر برداری شرایط (Filmless) را داشته باشد.تصاویر دیجیتال پزشکی با فرمت دایکام(DICOM) گزارش پزشک از تفسیر تصاویر دیجیتالاطلاعات بالینی بیماردر قالب استاندارد HL7

اسلاید 6: اهميت تصاوير پزشكي ديجيتاليتصاوير پزشکي عموما به دليل مخاطرات احتمالي در تصويربرداري مکرر يا طولاني مدت براي بيمار و نيز هزينه هاي جانبي به صورت تک نسخه اي تهيه مي شوند و تکثير آنها به روشهاي عادي معمولا هزينه قابل ملاحظه اي را در بردارد، ضمن آن که در اين روشهاي تکثير کيفيت تصوير نيز عمدتا کاهش مي يابد.

اسلاید 7: اهميت تصاوير پزشكي ديجيتاليدر حالتي که با ضبط تصوير پزشکي در محيط رايانه امکان تکثير آن با وقت زياد، هزينه کم و به تعداد مورد نياز فراهم مي شود.استاندارد «تصويربرداري و ارتباطات ديجيتال در پزشکي» DICOM به عنوان تنها استاندارد رسمي براي ذخيره سازي ، نمايش و ارسال تصاوير پزشکي به صورت گسترده استفاده مي شود که اين استاندارد از اجزاي تفکيک ناپذير سامانه هاي بايگاني و انتقال تصوير، سيستم هاي راديولوژي از دور و پزشکي از دور به شمار مي آيد.

اسلاید 8: استاندارد دايكام(DICOM) Digital Imaging and Communications in Medicine دايكام يك سند چند بخشي براي پردازش و ذخيره سازي تصاويرپزشكي استکالج رادیولوژی آمریکا (ACR) و انجمن ملی تولیدکنندگان برقی (NEMA) به منظور توسعه یک استاندارد براي ضبط تصاوير پزشكي در سال 1983 کمیته مشتركي را تشکیل دادند.اين استاندار نتيجه پيشرفت عمده در نسخه ارائه شده از سوي اين كميته است.

اسلاید 9: پردازش تصاوير ديجيتال پزشکي با فرمت DICOM ‎ اساس تعريف فرمت دايکام مبتني بر دو پديده جهت کاربرد در جهان پزشکي است. پديده اول تصاوير ديجيتال با فرمت دايکام‎ DICOM ‎‏ و پديده دوم سيستم‏PACS ‎‏ که فرمت دايکام را ذخيره و ارتباطات آن را بر قرار مي کند.‏

اسلاید 10: طراحي فرمت تصاوير پزشکي جهت استاندارد دايکامدستگاه ها و تجهيزات پزشكي در مراكز درماني و تحقيقاتي كه داراي خروجي تصوير مي باشند، اين خروجي از جنس طيف نوري، ‏X-RAY‏  و غيره . . . است.‏بيش از 60 درصد تصاوير پزشكي از جنس طيف نوري (مانند ميكروسكوپ و غيره...) و بيش از 30 درصد تصاوير پزشكي از جنس ‏X-RAY‏  (مانند راديولوژي و غيره...) مي باشند.‏ در صورتيكه سيگنال خروجي دستگاه هاي پزشكي و تحقيقاتي از جنس تصوير باشند، بايد اين تصاوير را با فرمت استاندارد ذخيره و سپس تبديل به فرمت دايكام (‏DICOM‏) نمود. در ذخيره سازي اوليه تصاوير چهار فرمت كاربرد زيادي دارند. اين چهار فرمت عبارتند از : ‏ ‎1. BMP 2. GIF 3. TIFF 4. JPEG‎

اسلاید 11: فرمت ‏JPEG ‎در فرمت ‏‎DICOM يکي از دلايل ارزشمند بودن فرمت ‏JPEG2000‎‏ ‏‎ ‎پردازش و آناليز تصاوير با آن است که هيچ تغييري در پيکسل هاي تصوير صورت نمي گيرد و شما مي توانيد به نتايج پردازش خودتان اعتماد داشته باشد. حذف هر گونه اطلاعات تصاوير مي تواند در تشخيص اثر بگذارد، و فيلترها که در پردازش تصاوير کاربرد وسيعي دارند و نسبت به تغييرات رنگ و روشنائي در هر پيکسل دقيق بوده و به شما اجازه مي دهد که رنگ و يا روشنائي تصوير را طوري تغيير دهيد تا زمينه را جهت تشخيص شما مهيا سازد. ‏

اسلاید 12: بررسي فرمت ‏JPEG‏ طراحي اين فرمت براي حالتي است كه تصاوير باز ساختي بيت به بيت با تصاوير اوليه همخواني داشته باشند. در حالت بدون آشفتگي مقدار هر پيكسل به صورت تغيير يا تفاوت آن با پيكسل هاي بالايي يا كناري آن ذخيره مي شود و از تبديل فضاي رنگي صرفنظر مي‎ ‎شود. فرمت تصاوير مورد نياز براي فرمت تصاوير دايكام )‏‎*img‎‏) بايد از جنس ‏JPEG 2000‎‏ يا ‏JPEG LOSSLESS‏ باشد لذا براي درك مفهوم اين فرمت بايد مفهوم‎ ‎ويولت (‏WAVELET‏) كه اساس طراحي اين فرمت مي‎ ‎باشد مورد بررسي قرار گيرد.‏ مفهوم ويولت (‏WAVELET‏) جهت فشرده سازي تصاوير پارامتر فركانس در تجزيه و تحليل زمان- فركانس را به پارامتر اسكيل (‏SCALE‏) تبديل مي‏‎ ‎نمايد، و در اين حالت پارامتر زمان- اسكيل مورد بررسي قرار مي‏‎ ‎گيرد. به تعبيري ديگر دقت هاي زماني ‏T‏ وفركانس ‏F‏ در صفحه زمان - فركانس تغيير مي‏‎ ‎كند.‏

اسلاید 13: مفهوم خاكستري (‏GRAYSCALE‏):‏ تصاوير پزشكي در راديولوژي، ‏CT-SCAN‏ و ‏MRI‏ و غيره... معمولا از جنس خاكستري)‏GRAYSCALE‏) هستند. در صورتيكه تصوير از لامپ تصوير سياه و سفيد شكل گرفته باشد هر تغييري از رنگ سياه تا رنگ سفيد رنگ خاكستري را در بر مي گيرد. در اين حالت اگر مقدار خاكستري برابر با صفر باشد رنگ سياه و در صورتيكه مقدار خاكستري برابر ‏‎255‎‏ باشد رنگ سفيد را داريم و درحالت بين صفر تا ‏‎255‎‏ تغييرات طيف خاكستري نمايش داده مي شود.

اسلاید 14: مفهوم خاكستري (‏GRAYSCALE‏)در صورتيكه از لامپ تصوير رنگي استفاده شود و داراي سه رنگ اصل (قرمز =‏R ‎‏ ، سبز = ‏G‏ ، آبي = ‏B‏) در شرايط مساوي باشد رنگ خاكستري نمايش داده مي شود براي مثال ‏R=G=B=O‏ مقدار رنگ سياه و ‏‎ R=G=B=255‎‏ مقدار رنگ سفيد و در شرايط مساوي سه رنگ طيف خاكستري را مشاهده مي نمائيم.‏

اسلاید 15:

اسلاید 16: فيلترها و لبه‌ها در پردازش تصاوير ديجيتال پزشکي با فرمت DICOM مجموعه اي از پيکسل هاي صفحه نمايش دهنده کامپيوتر در مجاورت هم سطحي را تشکيل مي دهند که تصاوير در اين سطح قرار مي گيرند و‎ ‎پردازش رنگ ها و روشنايي هر پيکسل در اين صفحه رابطه مستقيم با پيکسل هاي مجاور آن دارد.‏‎ ‎جهت بررسي اين پروسه بايد در نظر داشت که هر پيکسل با پيکسل هاي مجاور خود در مرحله اول يک ماتريس 3×3 را مي سازد و پيکسل مورد نظر در مرکز اين ماتريس قرار مي‌گيرد. مي توان اين پيکسل را با پيکسل هاي ماتريس  5×5  يا  7×7 و ابعاد بالاتر مورد پردازش قرار داد.‏

اسلاید 17: تعاريف اوليه جهت شناخت فيلترها -1 فيلترها با استفاده از يک سري دستورالعمل نرم افزاري جهت تغييرات بر روي پيکسل ها‎ ‎طراحي شده اند. -2 عملکرد فيلترها جهت پردازش تصاوير ديجيتال پزشکي با تغييرات رنگ و روشنايي پيکسل ها همراه است. -3فيلترها نقش اصلاح شکل ظاهري تصاوير ديجيتال پزشکي را جهت پردازش به عهده دارند

اسلاید 18: آشنايي با دوفيلتر فرکانسي ‏1- فيلترهاي پائين گذر در حالت کلي باعث مات شدن پيکسل ها مي شوند. 2- فيلترهاي بالا گذر جهت تيزکردن لبه ها و ساير جزئيات پيکسل ها استفاده مي شوند‎.‎

اسلاید 19: نمونه فيلترهاي پائين گذر در حالت کلي باعث مات شدن پيکسل ها مي شوند. فيلتر هاي نرم کننده براي مات کردن و کاهش نويز استفاده مي شوند مانند: ‏Blur Filter‏  ، ‏Smoothing Filter ‎‏ و غيره ...‏خواص فيلترهاي بالا گذر فيلترهاي بالا گذر در تصاوير ديجيتال پزشکي از جنس خاکستري کاربرد زيادي دارد و جهت تشخيص لبه ها و حذف اطلاعات فرکانس پايين موثر هستند.‏‎ ‎

اسلاید 20: حاشيه يا لبه ها در پردازش تصاوير ديجيتال پزشکي 1- الگوريتم زير لبه ها را با استفاده از‎ General Edge ‎مشخص مي کند، اين‎ ‎الگوريتم لبه ها را با استفاده از تمايز رنگ بين پيکسل هاي مجاور هم ‏‎  (X,Y)‎و‎ (X+1,Y+1) ‎مشخص مي سازد.‏‎ ‎‎   Set the pixel color values.     For Y = 0 To pictureOriginal.         For X = 0 To pictureOriginal.             With pixels(X, Y)       .rgbRed = Abs(CInt(.rgbRed) - pixels(X + 1, Y + 1).rgbRed)       .rgbGreen = Abs(CInt(.rgbGreen) - pixels(X + 1, Y + 1).rgbGreen)       .rgbBlue = Abs(CInt(.rgbBlue) - pixels(X + 1, Y + 1).rgbBlue)             End With         Next X     Next Y

اسلاید 21: دراين الگوريتم مشاهده مي شود که پيکسل در مکان (‏‎(X,Y‎‏ و پيکسل مجاور آن‏‎(X+1,Y+1) ‎‏  در صورتي که داراي رنگ برابر با هم باشند رنگ سياه و در صورتي که رنگ آن ها متفاوت‏‎ ‎‏ باشند،  مکمل آن رنگ را به جاي رنگ آن پيکسل قرار مي دهد.‏

اسلاید 22: ‏ الگوريتم زير لبه ها را با استفاده از‎  ‎تمايز رنگ بين پيکسل‎(X,Y) ‎‏ و تمام پيکسل هاي مجاور آن بيان مي کند.    ‏         LBound(pixels, 1) To UBound(pixels, 1)         LBound(pixels, 2) To UBound(pixels, 2) ‏  ‏‎ Set the pixel color values.     For Y = 1 To pictureOriginal.     For X = 1 To pictureOriginal.             With pixels(X, Y)                 r = 0                 g = 0                 b = 0                 For i = -1 To 1                     For j = -1 To 1             r = r + Abs(CInt(.rgbRed) - pixels(X + i, Y + j).rgbRed)             g = g + Abs(CInt(.rgbGreen) - pixels(X + i, Y + j).rgbGreen)             b = b + Abs(CInt(.rgbBlue) - pixels(X + i, Y + j).rgbBlue)         Next X     Next Y

اسلاید 23: در اين الگوريتم هر پيکسل با چهار پيکسل مجاور به شرح زير بررسي مي شود.‏ پيکسل هاي رديف افقي که با پيکسل‏ ‏‎(X, Y)‎‏ مقايسه مي شوند، عبارتند از: ‏‎(X+1) ‎‏  و‎ (X-1 ) ‎پيکسل هاي در رديف عمودي که با پيکسل‎ , Y)‎‏ ‏‎(X‎‏ مقايسه مي شوند، عبارتند از‏‎(Y+1) :‎‏ و‏‎ ‎‏  ‏‎(Y-1) ‎‏ آنچه از اين اختلاف پيکسل ها  نتيجه مي شود در صورتيکه اين اختلاف برابر صفر شود، در تصوير رنگ سياه را خواهيم داشت و در غير آن اختلاف رنگ‏‎ ‎پيکسل‎(X, Y)‎‏ با چهار پيکسل مجاور آن رنگ تکميلي را مي دهد، که جهت پردازش لبه ها بسيار با ارزش است.‏