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Sistemi dimmagini mediche Dispositivi che trasferiscono unimmagine da una superficie ad unaltra Canali attraverso cui i segnali relativi a tutti gli elementi.

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Presentazione sul tema: "Sistemi dimmagini mediche Dispositivi che trasferiscono unimmagine da una superficie ad unaltra Canali attraverso cui i segnali relativi a tutti gli elementi."— Transcript della presentazione:

1 Sistemi dimmagini mediche Dispositivi che trasferiscono unimmagine da una superficie ad unaltra Canali attraverso cui i segnali relativi a tutti gli elementi dellimmagine originale passano per apparire nellimmagine finale Pellicole fotografiche Sistemi elettronici basati sullacquisizione digitale

2 Caratteristiche fondamentali Contrasto Rumore Risoluzione Contenuto di informazione di unimmagine Prodotto del numero di elementi discreti dellimmagine (pixel o pel =picture element) per il numero di livelli dampiezza (scala di grigi) di ciascun livello

3 Contrasto Differenza di luminosità tra parti contigue di immagine Deriva dalle differenti interazioni della radiazione con loggetto: radiazione luminosa: differenti riflessioni radiazione X: differenti assorbimenti delle differenti parti del corpo radiazione : differenti emissioni dalle varie parti del corpo 1) I 1 luminosità delloggetto I 2 luminosità dellambiente I 0 luminosità della sorgente D densità ottica 0÷4 0.21÷3.5 2) 3) viene utilizzata per la definizione di funzione di trasferimento della modulazione (MTF)

4 Contrasto dellimmagine Oggetto Energia della radiazione: alto contrasto: tecnica a raggi molli basso contrasto: tecnica a raggi duri

5 Contrasto dellimmagine Sistema di rivelazioneOggetto Pellicola: Curva sensitometrica Energia della radiazione: alto contrasto: tecnica a raggi molli basso contrasto: tecnica a raggi duri Sistemi digitali: Rumore allintensità del raggio

6 Pellicola radiografica Pellicola è composta da un supporto (base: foglio di poliestere di 0.2 mm di spessore), sul quale viene spalmata unemulsione contenente cristalli di AgBr. Se si formano contemporaneamente almeno 5 atomi dargento metallici Immagine latente Sviluppo: immersione della pellicola in una soluzione riducente: gli ioni dargento del cristallo si accumulano intorno agli atomi metallici Ag dando luogo a piccoli punti neri Fissaggio: immersione in una soluzione acquosa di tiosolfato di sodio (Na 2 S 2 O 3 ) o di ammonio (NH 4 ) 2 S 2 O 3 Impressione :

7 Caratterizzazione della pellicola Curva sensitometrica (curva di Hurter e Driffield): D =log(1/T) (coefficiente di trasmissione) Fog level=Fondo + Velo: densità ottica della base (fondo) annerimento dellemulsione dovuta alla radiazione di fondo dellambiente (velo) Indice di contrasto: pendenza del tratto lineare della curva Alti indici di contrasto indicano bassa dinamica di esposizione!

8 Sistemi digitali Numero di livelli di grigio che riusciamo a rappresentare Rumore! Numero di livelli è uguale al SNR

9 Rumore Tutto ciò che non è segnale: tutte le perturbazioni introdotte dai dispositivi fisici utilizzati per la trasmissione ed elaborazione del segnale utile Caratterizzazione statistica: q alto numero di osservazioni p probabilità che si verifichi un evento in corrispondenza di una osservazione m=qp numero medio di questo tipo di evento Evento: probabilità (p) che una goccia di pioggia cada in unarea A in un secondo, q numero di secondi m=qp numero medio in parecchie osservazioni di q secondi ciascuna Statistica di Poisson: probabilità che K gocce cadano nellarea A in q secondi Valor medioVarianzaDeviazione standard

10 Distribuzione di Poisson K m=1 m=4 m=10

11 Rumore Gocce dacqua e raggi X che colpiscono un detector: statistica di Poisson Segnale modulato (assorbimento da parte del paziente di raggi X): NN(1-M)0M1NM termine che contiene linformazione del segnale 100 eventi in 1 s in 1 cm 2 SNR= eventi in 4 s in 1 cm 2 SNR= eventi in 1 s in 4 cm 2 SNR=20 Per segnali distribuiti randomicamente tempo di integrazione e spazio di integrazione hanno lo stesso effetto!

12 Rumore In ciascuna immagine delloggetto di test della tiroide, il numero di raggi è aumentato di un fattore 2. Il numero di conteggi va da 1563 a Alto SNR mi permette di osservare segnali a basso contrasto in un campo rumoroso! Aumento il tempo Aumento lo spazio Aumento la dose Diminuisco la risoluzione

13 Rumore Qualè la probabiltà che il numero di fotoni per pixel superi randomicamente N+JN 1/2 in funzione di J ? P 16% 2.3% 0.14% 0.003% J1234J1234 Es.: televisione 360x480 oggetti= pixel J=45 pixel eccedono il limite Se si vuole che il segnale utile (MN) non sia confuso con il rumore (JN 1/2 ) in non più di 5 pixel: C=M N numero totale di raggi X, b numero totale di pixel d dimensione lineare del pixel A area del campo Se J=5 Fattori pratici Contrasto al 5%

14 Esempio Valore di N: immagine a bassa risoluzione: A=100x100mm, 3 livelli di grigio, dimensione pixel: 3 mm immagine con buona risoluzione: A=100x100mm, 10 livelli di grigio, dimensione pixel: 0.5 mm

15 Risoluzione Capacità del sistema di discriminare i dettagli dellimmagine sorgente Unimmagine può essere considerata una superficie di date dimensioni che ha una risoluzione spaziale espressa in coppie (paia) di linee per mm (lp/mm): oggetto + spazio Es: 10 buchi/cm1lp/mm 2 pixels/mm Pixel: spazio sulla superficie immagine pari a metà ciclo della larghezza di banda sullasse orizzontale e della stessa dimensione sullasse verticale Pixel: più piccola dimensione delloggetto che vogliamo risolvere La risoluzione dellimmagine fotografica è limita dalla granulosità della pellicola Nei sistemi digitali dalle caratteristiche e dimensioni del dispositivo rivelatore Limiti Ciascun oggetto rappresenta un pixel

16 Risoluzione Limite del potere risolutivo: diffrazione (i raggi luminosi sono deviati dai bordi dellobiettivo) Es.: apertura circolare (D=2a) d diametro del primo anello scuro, R distanza tra il centro dellapertura e il punto dello schermo in cui si annulla per la prima volta lintensità I, la lungheza donda

17 Criterio di Rayleigh:

18 Potere risolutivo Es: Occhio: Lente (cristallino): D=2 mm, f =17 mm Superficie su cui viene riprodotta limmagine (retina): coni e bastoncelli ~1.5÷2 m Minima separazione angolare Lente (D=2a), f distanza focale della lente f~R Acuità visiva Telescopio: Oggetti ad una distanza di 10 cm dallocchio sono risolti se distano tra di loro 40 micron

19 Funzione di trasferimento della modulazione (MTF) Risposta di un elemento o dellintero sistema di immagine in funzione della frequenza spaziale: esprime il degradamento dellimmagine Modulazione è effettuata dalloggetto (assorbimento dei raggi X da parte del paziente)

20 Funzione di trasferimento della modulazione (MTF)

21 Relazione tra contrasto, rumore e risoluzione Oggetti più piccoli possono essere risolti, ma si perde linformazione sul contrasto

22 Frequenza del sistema (a)Ciascun oggetto rappresenta un pixel (a) Per n oggetti verticali sono richieste almeno 2n linee di scansione (b)Se gli oggetti sono tra le linee di scansione, 2n linee sono insufficienti. (c)Per una adeguata risoluzione, sono necessarie 2n 2 linee di scansione orizzontale.

23 Banda passante totale f Sistema: n oggetti orizzontali n oggetti verticali Caso reale: n h massimo numero di oggetti in una linea orizzontale n v massimo numero di oggetti in una linea verticale F h frazione del tempo di scansione orizzontale speso sulla linea (1-frazione di blanking) F v frazione del tempo di scansione verticale speso sulla linea T tempo totale di scansione del frame Es.:n h = 180 n v = 240 F h = 0.82 F v = 0.92 T = 1/30 f= 4.85 MHz cicli per immagine


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