Orvosi képdiagnosztika-Digitális képek alkotása és tárolása

A VIK Wikiből
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

Az Orvosi képdiagnosztika tárgy egyik témaköre.

Jegyzetek

Megjegyzés

Viszonylag egyszerű, magolós témakör. A dia párszori elolvasása valószínűleg elég a számonkérések teljesítéséhez. Az ide kapcsolódó vizsgatételben (2016 őszi félév) a fényről és a hangról, mint fizikai jelenségekről, illetve a fényérzékelő eszközök működéséről kell beszélni.

Ellenőzrő kérdések (2016)

Mit jelent a fény kettős természete (hullámmozgás és kvantumelméleti megközelítés). A fénynek, mint elektromágneses sugárzásnak milyen tulajdonságait ismeri? Mitől függ egy foton energiája? Ez mit befolyásol orvosi képalkotás során?

Fény: elektromágneses sugárzás

  • Egyszerre hullám és részecske
    • Nyugalmi tömege nulla, sebessége állandó, frekvenciával arányos az energiája, polarizált.
    • Enerigájától függ, hogy különböző atomokkal hogyan lép kölcsönhatásba
Ismertesse a fényérzékelés folyamatát! Hogyan működnek a félvezetők? Mit jelentenek az alábbi fogalmak: vegyértéksáv, vezetési sáv, tiltott sáv, lyuk, elektron, N típus, P típusú félvezető? Hogyan épülnek fel és hogyan működnek a fényérzékeny MOS kapacitások?

Fényérzékelés folyamata

  • fény -> fotodióda -> kondenzátor -> analóg erősítő -> A/D átalakító -> digitális feldolgozás
  • félvezetők működési elve:
    • elektronok minden anyagban diszkrét energiával rendelkezhetnek (sávokban helyezkednek el).
    • legfelső sáv a vezetési sáv (itt az e- többet okoz töltést), alatta a vegyértéksáv (itt a lyuk többlet okoz töltést)
    • félvezetők esetén termikus mozgás a két sáv között
    • N (Negative) típusú félvezető: e- többlet, P (Positive) típusú félvezető: lyuk többlet.

Dióda

  • P és N félvezető egymás mellett, P -> N áram folyik (feszültség függő).
  • Fotodióda: A P és N félvezető között átmeneti tartomány, az ide eső foton hatására keletkező töltéshordozók áramot okoznak, a dióda ezt méri (diszkrét impulzusok -> foton számláló detektor).

Fényérzékeny MOS kondenzátor

  • fém elektróda – szigetelő – P félvezető – N félvezető szendvics, fémre pozitív töltések N félvezetőre negatív töltéseket csatolunk.
  • fotoelektromos kölcsönhatás során vezetési elektron és lyuk keletkezik, ezek a feszültség hatására a félvezetőkbe mennek
Hogyan épülnek fel és hogy működnek a CCD érzékelők? Mit nevezünk szcintillációnak és mikor van rá szükség? Hogyan működnek és hogyan épülnek fel a látható fotonoknál nagyobb energiájú fotonokra (pl. uv, röntgen, gamma sugarak) érzékeny detektorok?

Charge-coupled Device (CCD)

  • fényérzékeny MOS kondenzátorokból áll (3 db / pixel, négyzetrácsban)
  • töltéseket shiftelni lehet
  • A fotoelektromos kölcsönhatás valószínűsége akkor nagy, ha az foton, és az e- kötési energiája közel azonos
    • Röntgen, illetve gamma fotonnál a fotodiódák közel nulla valószínűséggel generálnak ármot.
    • Szcintillátor: olyan anyag ami elnyeli a megfelelő energiájú fotont, és közben látható fotont emittál (amit a fotodióda detektálni tud).
Hogyan működik a Graphics Interchange Format alapú képtárolás? Ismertesse a Portable Network Graphics formátum során alkalmazott tömörítési eljárás főbb lépéseit!
  • GIF
    • 8 bites képek, animáció is, LZW
  • PNG
    • GIF lecserélése
    • alpha csatorna, gamma korrekció, 16/48 bites színábrázolás
    • fokozatos megjelenítés (minden pixelt csak egyszer tartalmaz a file)
    • veszteségmentes, két fázisú tömörítés:
      • 1. fázis: egyszerű lineáris szűrés alapú predikció
      • 2. fázis: LZ77 tömörítés
Ismertesse a Joint Photographic Experts Group formátum tömörítő eljárásának főbb lépéseit. Milyen melléktermékeket okozhat ez a fajta tömörítő eljárás?
  • Több réteg, csatornák, átlátszóság, 16 bites képek
  • Veszteséges és veszteségmentes tömörítés
    1. Színtér trafó
      • RGB -> Y'CrCB konverzió (Y' fényerő gamma korrekció után, Cr: vörös árnyalat, Cb: kék árnyalat)
    2. Színcsatornák alul-mintavételezése
      • Cb, Cr alulmintavételezése (Y'-ra érzékenyebb a szemünk)
    3. 8 × 8 méretű blokkok kialakítása
      • A kép szélén extrapolál
    4. Diszkrét Koszinusz Transzformáció
      • Minden blokkra külön
      • Transzformáció előtt 0 középpontúvá skálázza az intenzitásokat
      • [math]f(u,v) = \alpha (u, v) \cdot \cos \left[ \frac{(2x+1)u \cdot \pi}{16} \right] \cdot \cos \left[ \frac{(2y+1)v \cdot \pi}{16} \right][/math]
      • Emberi látás nagyobb mértékben diszkriminálja a DCT bázis függvényeit, mint a Fourier trafóét.
    5. Kvantálás
      • [math]B_{(i,j)} = round \left( \frac{DCT\left\{I_{(i,j)}\right\}}{Q} \right)[/math]
      • Q (a tömörítés hatásfoka) állítható
    6. Kódolás
      • Együtthatókat cikk-cakk trajektória mentén sorosítja
      • Futáshossz + Huffman kódolás
  • Veszteséges JPEG artifaktumai
    • Ringing effektus: meredek átmenetű alulmintavételezés
    • Blokkosodás: blokkonkénti tömörítés miatt, Q amiplitúdójának növekedésével egyre látványosabb
    • Elszíneződés: Cr, Cb alulmintavételezése
    • Elmosás: Nagy Q esetén
Ismertesse a DICOM szabvány képtárolásának főbb jellemzőit, valamint a szabvány általánosabb jellegét!
  • XML, van benne egy kép tag, ami lehet pl png, tiff, jpeg, de mellette meta adatok is
  • A szabvány leírja a fájlok archiválásának módját is
1. félév (tavasz)
2. félév (ősz)
Egyéb
Szakirányok


A lap eredeti címe: „https://wiki.sch.bme.hu/index.php?title=Orvosi_képdiagnosztika-Digitális_képek_alkotása_és_tárolása&oldid=190932”