Zakład Informatyki Medycznej i Telemedycyny AM Osiris – program do obrazowania i obróbki obrazów medycznych w formie cyfrowej Zakład Informatyki Medycznej i Telemedycyny AM w Warszawie

Radiologia -wstęp Promienie X wykrył Wilhelm Konrad Roentgen w dniu 8 listopada 1895 r. Ponieważ początkowo nieznana była natura nowego rodzaju promieniowania, nazwał je promieniami X. Pierwsze wykonane zdjęcie – kości ręki żony uczonego Berty Roentgen. W Polsce już w styczniu 1896 otrzymano obrazy „techniką doktora Roentgena” na Uniwersytecie Jagiellońskim, pierwszym zdjęciem rtg był obraz przycisku w kształcie jaszczurki. Pierwsze zastosowanie medyczne – zdjęcie zwichnięcia w stawie łokciowym.

Cechy charakteryzujące jakość obrazu rentgenowskiego - kontrastowość, ostrość i rozdzielczość przestrzenna Kontrast określa różnice w zaczernieniu (gęstości optycznej) naświetlonej i wywołanej błony rentgenowskiej spowodowane przez osłabienie promieniowania przechodzącego przez różne struktury ciała, np. powietrzne płuca i części miękkie. Ostrość obrazu jest to zdolność do wyraźnego zarysowania granic badanych struktur anatomicznych. Jest to ważna cecha obrazu, gdyż każda postać nieostrości powoduje obniżenie poziomu technicznego zdjęcia i utrudnia rozpoznanie szczegółów. Rozdzielczość obrazu wiąże się nierozerwalnie z ostrością zarysów uwidocznionych struktur, może być określona jako najmniejsza odległość w mm między dwoma punktami obrazu, które można wyraźnie uwidocznić.

Formaty obrazu Osiris odczytuje i zapisuje obrazy (pliki) w formacie PAPYRUS (ver. 2 i 3) format opracowany w Szpitalu Uniwersyteckim University of Geneva, oparty na standardzie DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) standard komunikacji przeznaczony do wymiany tekstu i grafiki opracowany przez organizacje ACR/NEMA (American College of Radiology (ACR) i the National Electrical Manufacturers' Association (NEMA)

Formaty plików rastrowych Formaty wykorzystujące bezstratną kompresję: TIFF, BMP, PCX, PSD (wykorzystywane do zapisania obrazu przeznaczonego do dalszej edycji, bądź do druku – TIFF) Formaty wykorzystujące stratną kompresję: GIF, JPEG (stosowane najczęściej do publikowania grafiki w Internecie)

Format JPEG Joint Photographic Expert Group Format ten stanowi od lat standard dla kompresji obrazów. Został zaprojektowany dla potrzeb zapisywania fotografii wielobarwnej, charakteryzujących się łagodnym przechodzeniem kolorów. Cechy formatu: można zastosować pełną gamę kolorów (model RGB – 24 bity), istnieje możliwość ustalenia stopnia kompresji – ma to wpływ na jakość obrazu i wielkość pliku, obrazy zapisane w formacie jpeg nie mogą być transparentne , kompresja jest stratna i nieodwracalna.

Narzędzia Funkcje przypisane do poszczególnych Paleta narzędzi narzędzia powiększenie pomniejszenie czasowe odwrócenie kolorów ustawienie koloru Funkcje przypisane do poszczególnych przycisków są także dostępne w menu display poziom powiększenia

Tools menu Region of interest

Osiris –ćwiczenie 1 rozpoczyna się uruchomieniem programu i wybraniem pliku wrist2.pap Pomiar kątów Z menu Tools wybieramy przycisk odpowiadający pomiarom kątów. Kąt zaznaczamy pokazując najpierw wierzchołek kąta, a następnie dwa punkty wyznaczające jego ramiona. Proponowana struktura do pomiarów: kąty pomiędzy powierzchniami stawowymi poszczególnych kości nadgarstka

Ćwiczenie 1 - Pomiary długości Pomiar długości, poza wybraniem stosownego narzędzia (Line Calliper, wymaga jedynie pokazania początku i końca mierzonego odcinka. Proponowana struktura do pomiaru: długości kości śródręcza w poszczególnych palcach.

Ćwiczenie 1 - Pomiary pól powierzchni Przykładową strukturą do pomiarów pól powierzchni na tym zdjęciu mogą być przekroje nasad kości przedramienia. Propozycja: użyć narzędzie polygonal ROI. Aby uzyskać dane odnośnie zaznaczonej powierzchni, z menu Overlays wybieramy Show Data.

Ćwiczenie 1 - Pomiary pól powierzchni Pomiary średnic Proponowana struktura do pomiarów: głowy kości śródręcza poszczególnych palców. Użycie narzędzia sprowadza się do jego wybrania i zaznaczenia interesującej nas średnicy. Uwaga, narzędzie Circ. Calliper jest niedostępne z menu obrazkowego, należy je wybrać z pozycji Tools na pasku Menu.

Ćwiczenie 1 - Histogram gęstości Narzędzie Profiler umożliwia pokazanie w formie histogramu, jak zmienia się gęstość (na zdjęciu: jasność) struktur, przez które poprowadzimy krzywą tnącą. Proponowana struktura: przekroje poprzeczne przez kości, zwrócić uwagę na różnicę w wysyceniu okostnej, wnętrza kości i tkanek miękkich.

Ćwiczenie 1 - Opisy Opisy Osiris umożliwia opisanie dowolnych zaznaczonych struktur tekstem – narzędzie Annotations w Menu Tools. Kliknięcie prawym klawiszem na opisie uaktywnia okienko, w którym można opis uszczegółowić.

Ćwiczenie 2 – stomatologia korona korzeń Przed leczeniem Po leczeniu Leczenie kanałowe – etapy Przyczyna: głęboka próchnica Zatrucie zęba Wprowadzenie igły w celu oczyszczenia korony i korzenia z miazgi

Display Menu Adjust Colors calls the color adjustment dialog window to modify the contrast and Intensity of the image(s) contained in the current window. See chapter 8 for further information. Color Adjust. Mode allows to switch between relative and absolute color adjustment modes. See Appendix 6 for more information. Color Mask interactive system allowing to assign a specific color to a range of pixel values.It is a segmentation tool based on intensity range. Refer to chapter 8 for more information about this tool. Tile Mode Layout dialog window allowing the activation/deactivation of images in a set. It allows also to customize the layout of the tile mode (by specifying the number of rows or the number of columns). This menu item is only active in tile mode. Show Coordinates opens a secondary window showing in real time the cursor coordinates as wellas the corresponding pixel value. Show Info shows information specific to the medical study (patient demographic information, study acquisition parameters) or to the current image. The information is displayed in a secondary window. Invert Colors inverts the image data whereas the Invert button just inverts the colors as longas the mouse button is pressed.

Tools menu Neutral Tool this tool is used to select one or a set of overlays. Clicking on an overlay selects it. To select several overlays use the combination shift + mouse click. Selector Selection of a region of the current image. This selection can be used for cropping or for applying a filter to the selected region. Holding down the shift key while selecting a region propagates this region on all active images of the set. The option key restricts the region to a square. Both modifier keys can be used simultaneously. Rect. ROI (Region of Interest) allows the creation of a rectangular ROI. Just press and drag the mouse to definethe rectangle. The option key allows the rectangle to be restricted to a square. Ellip. ROI allows the creation of an elliptic ROI. Just press and drag the mouse to define the ellipse. The option key allows the ellipse to be restricted to a circle. Polyg. ROI allows the creation of a polygon. Click the mouse button to define the first point, move the mouse to the next point and click. Each click on the mouse button defines a new point of the polygon. To end the polygon, double click. If the last point is located around the first point (in the region delimited by a circle) then the polygon will be automatically closed (the last point will be modified to equal the first point). Pencil allows the creation of a polygon by continuous freehand drawing of an irregular contour. Just click and drag the mouse to trace a contour. To end, release the mouse button. If this is done close enough to the first point, the contour (a polygon) will be closed automatically.

Tools menu Calliper allows distance measurements to be made between two points. The length is displayed as an annotation associated with the line. The postit attached will contain more information (start and end points, angle with the horizontal line). If the PAPYRUS file contains a calibration factor the distance units will automatically be mm. If this factor does not exist, then pixel units are used. Holding down the option key allows the image to be manually calibrated. Holding down the shift key restricts the calliper to a horizontal or vertical line. Angle defines three points (p0, p1, p2) to create an angle (by clicking the mouse) and to measure the angle formed by the connecting lines (p0, p1) and (p0, p2). Note that the first point determines the center point. When moving the angle, pressing the option key allows the display of a target around the moving point. Profiler allows to display the histogram of the image gray levels along a line. After creating the line the Show Data command in the Overlay menu displays the histogram along this line. It brings up a secondary window showing the profile histogram along the line. Clicking and dragging the cursor inside this secondary window allows to explore individal pixel values.

Tools Menu Annotations creates an annotation. Click on the image point to select the anchor point of the annotation. A dialog window will appear where the annotation label can be entered. If comments are added, the annotation will be followed by a small postit sign. Just click on it to open a postit window containing the attached comments. The combination option + mouse click allows the content of an annotation to be modified at any time. Mover provides another way to scroll and pan an image inside a window in addition to the scroll bars. Click and drag the mouse to move the image. On the Macintosh, option click allows to display a temporary pointer (a hand) (normally used with the remote consultation facility for cooperative work). Magn. Glass this tools that simulates a magnifying glass provides a quick interactive local zoom. It enlarges a portion of the image. The combination option + mouse click brings up a dialog window allowing one to change some parameters such as the shape of the glass, the magnification factor or the inversion of gray levels (Macintosh only).

Obrazy rastrowe i obrazy wektorowe Można wyróżnić dwa rodzaje obrazów: 1) Rastrowe – ilustracje tworzone są za pomocą programów malarskich, aplikacji służących do edycji obrazów, skanerów, stacji roboczych Photo CD i cyfrowych aparatów fotograficznych. 2) Wektorowe – ilustracje tworzone są za pomocą programów rysunkowych, aplikacji typu CAD (Computer Assisted Design), 3-D.

Rodzaje programów graficznych 1. Przykłady programów przeznaczonych do edycji i tworzenia grafiki wektorowej: - Adobe Illustrator, Corel Draw, Aldus Freehand, AutoCad, 3-D Studio 2. Przykłady programów przeznaczonych do edycji i tworzenia grafiki rastrowej: - Adobe Photoshop, PC-Paintbrush, Micrografx Picture Publisher, Photo Paint

Obrazy rastrowe i wektorowe – różnice Obrazy rastrowe zawierają zbiory pojedynczych punktów (pikseli) Obrazy wektorowe są złożone ze ścieżek

Grafika rastrowa obraz złożony jest z pojedynczych (kolorowych) punktów o jednakowej wielkości tzw. pikseli. obrazy mają ustaloną wysokość i szerokość w pikselach oraz głębię kolorów (ilość kolorów przypadającą na każdy piksel). edycja grafiki rastrowej polega na przekształcaniu poszczególnych pikseli. jakość obrazu zależy od rozdzielczości, w której został on zeskanowany lub przygotowany w programie graficznym. Rozdzielczość jest definiowana w ilości pikseli na cal (ang. pixel per inch). Wpływ na jakość obrazu ma także skalowanie.

Przykłady grafiki rastrowej Rys. 1 Obraz w trybie czarno-białym Rys. 2 Obraz wtrybie odcieni szarości Rys. 3 Obraz w trybie RGB (kolorowym)

Grafika wektorowa jest zorientowana obiektowo. Każdy rysunek jest opisany matematycznie, tzn. program zapamiętuje na przykład punkty początku i końca linii lub równanie okręgu i wykorzystując te dane wyświetla obiekt. praca polega na edycji zdefiniowanych obiektów, które mogą być modyfikowane niezależnie od siebie. zmiana wielkości obiektu (skalowanie) nie ma wpływu na zmianę jakości i dokładności odwzorowania.

Przykład grafiki wektorowej

Skanowanie – definicja procesu Proces skanowania polega na konwersji obrazu lub wydrukowanej strony (np. tekstu lub tabeli) do postaci elektronicznej, która może być następnie wyświetlana na ekranie monitora i edytowana za pomocą programu komputerowego. W wyniku skanowania otrzymujemy obraz cyfrowy o określonej rozdzielczości. Photoshop, Osiris (edycja obrazów rastrowych), ABBYY FineReader (OCR – Optical Chatracter Recognition) Fotografia, slajdy, klisza roentgenowska tekst do OCR, Rys. 4 Proces skanowania

Skanowanie - zastosowania Skanowanie w celu uzyskania wydruku, Skanowanie w celu uzyskania obrazu video, Skanowanie dla celów prezentacji i multimediów, Skanowanie w celu uzyskania danych, wykorzystywanych w komunikacji służbowej.

Skanowanie dla celów prezentacji i multimediów Docelowym urządzeniem wyjściowym dla prezentacji i oprogramowania multimedialnego jest monitor komputerowy (1024 x 768 pikseli, 24-bity), który ma stałą (określoną) dla danego typu aplikacji rozdzielczość i zakres kolorów. Przy skanowaniu na potrzeby prezentacji multimedialnych należy zwrócić uwagę na następujące czynniki: paletę barw używaną przez sprzęt do prezentacji, pionową i poziomą rozdzielczość ekranu przyjętą jako standard dla prezentacji lub aplikacji interaktywnej, wymagania dotyczące formatu pliku określone przez oprogramowanie służące do prezentacji.

Skanowanie w celu uzyskania danych wykorzystywanych w komunikacji służbowej Skanowanie staje się niezbędnym elementem poprawiającym komunikację w jednostkach opieki zdrowotnej. Zastosowania: OCR (ang. optical character recognition) – optyczne rozpoznawanie znaków. Technika umożliwiająca inteligentne rozpoznawanie tekstu zeskanowanego dokumentu w celu przekształcenia go w plik tekstowy. Plik ten może być edytowany, zapisany lub zintegrowany z innym dokumentem.

Skanowanie – elementy, na które należy zwrócić uwagę Rozdzielczość (ang. resolution) – decyduje o jakości skanowanego obrazu, przy jej wyborze należy uwzględnić docelowe przeznaczenie obrazu: strony internetowe, prezentacja Microsoft PowerPoint – 72 dpi, materiały przygotowywane do druku – nie mniej niż 300 dpi, tekst do optycznego rozpoznawania znaków OCR (ang. Optical Character Recognition) powinien być skanowany z rozdzielczością 300 dpi. Tryb skanowania (ang. scan mode) – wybierany w zależności od rodzaju materiału źródłowego (fotografia kolorowa lub czarnobiała, tekst) – Color, Grayscale, Line-Art.

Skanowanie – elementy, na które należy zwrócić uwagę Wielkość skanowanego obrazu (ang. scan size) – np. A4, Letter lub Custom (obszar zdefiniowany przez użytkownika). Skalowanie (ang. scaling) – pozwala na zmianę wielkości skanowanego obrazu w stosunku do oryginału (w przedziale od 100% do 600%).

Tryby skanowania (ang. scan mode) line art (obrazy czarno-białe) grayscale (obrazy monochromatyczne) indexed color (obrazy, w których można zwiększyć liczbę kolorów) model RGB (24 bity) model CMYK Tryby skanowania definiują rozdzielczość bitową (głębię barwną), która ma wpływ na wielkość pliku graficznego.

Rozdzielczość bitowa (głębia barw) określa zdolność skanera do rozróżniania stopni jasności skanowanego obrazu. 24-bitowy skaner kolorowy próbkuje 8-bitów na piksel dla każdego z trzech kanałów palety RGB, co daje w sumie 256 x 256 x 256 = 16.777.216 (224) barw. Rysunek przedstawia zależność między trybem skanowania (głębią barwną) a późniejszą wielkością pliku.

Rozdzielczość bitowa (głębia barw) Tryb line art lub mapa bitowa (1-bitowy) Wszystkie odcienie oryginału odtwarzane są jako kolor czarny albo biały. Jeden bit informacji, powoduje, że wielkość pliku jest mała (36 kB). Tryb monochromatyczny (8-bitowy) Wszystkie odcienie i kolory oryginału odtwarzane są za pomocą 256 odcieni szarości. Każdy piksel zawiera 8 bitów informacji (plik jest 8 razy większy od obrazu skanowanego w trybie line art – 284 kB). 24 bitowy tryb RGB Oryginał jest odtwarzany z rozdzielczością 8 bitów (256 kolorów na kanał). Wielkość pliku jest 24 razy większa od obrazu utworzonego w trybie line art (852 kB).

Rozdzielczość - piksele Wszystkie wymienione zastosowania pojęcia rozdzielczość są powiązane z ilością lub gęstością cyfrowych informacji. Piksele, czyli elementy obrazów rastrowych, są najmniejszymi jednostkami, z których składa się obraz.

Wielkość piksela Wielkość piksela jest determinowana przez rozdzielczość obrazu, który jest skanowany lub przechwycony cyfrowo. W przypadku, gdy rozdzielczość skanowania wynosi np. 600 ppi, to każdy piksel ma wielkość 1/600 cala. Im wyższa rozdzielczość, tym mniejsze piksele, co z kolei oznacza więcej informacji i szczegółów na jednostkę długości oraz lepszą symulację ciągłości odcieni (każdy piksel ma przypisaną pojedynczą wartość barwy lub odcienia szarości).