1. Представление в компьютере изображений, создаваемых гамма-камерами

Изображения, поступающие от гамма-камеры в компьютер, подвергаются существенному преобразованию. Из аналоговой формы они в специальных конверторах переводятся в цифровую форму, сегментируются в прямоугольные числовые матрицы, оперативно запоминаются в памяти компьютера, откуда они могут быть быстро извлечены, обработаны и визуализированы на дисплее.

1. Дискретизация аналоговых данных

Преобразование сигналов, поступающих от гамма-камеры, из аналоговой формы в цифровую производится специальными устройствами, называемыми аналогово-цифровыми конверторами (АЦК, англ. ADC), а сам процесс называется дискретизация или оцифровка. В отличии от аналоговых сигналов, являющихся непрерывными во времени, оцифрованные сигналы состоят из фиксированного числа бит, образованных АЦК с помощью выборки определенного числа временных точек в аналоговом сигнале. В продаже имеются 8-, 10, 12 и 16-битовые АЦК. В то время как аналоговый сигнал может быть искажен электронным шумом, оцифрованной форме свойственна потеря части информации как результат дискретизации, т. е. вследствие различного выбора временных точек во время конверсии. Однако высокобитовые конверторы минимизируют эти потери.

2. Структура цифрового изображения

Оцифрованное изображение представляет собой прямоугольный массив или матрицу чисел, находящегося в памяти компьютера. На рис. 5.1 показывается взаимосвязь между матрицей и изображением. Отдельный элемент матрицы называется "пикселем" (минимально возможный элемент изображения) для элемента растра. Так как томографические изображения соответствуют срезам через объем пациента, то здесь название пиксель изменяется на "воксель" для элемента объема. Размер матрицы и число пикселей в каждом ряде и столбце всегда известны и однозначно связаны.

Рис. 5.1. Пример оцифрованного изображения при диагностике сердца. Число отсчетов в каждом пикселе генерируют интенсивность сигнала в соответствующей локализации [1]

Пиксель представляет область с небольшим поперечным сечением в изображении камеры (рис. 5.2,а), определяемым полем зрения камеры (англ. FOV) и размерами матрицы изображения. Чаще всего они имеют форму квадрата. Для круговой гамма-камеры с 384-мм диаметром FOV и 64 × 64 квадратной матрицей размер стороны пикселя 6 мм и площадь 36 мм². Для 128 × 128 квадратной матрицы сторона пикселя равна 3 мм и площадь поперечного сечения 9 мм².

Рис. 5.2. Деление цифрового изображения зрения гамма-камеры на небольшие прямоугольные пиксели (а) и пространственное разрешение цифрового изображения, измеряемое в миллиметрах на линейную пару (б) [1]

Каждый пиксель соответствует определенной локализации в детекторе. X-, Y- импульсы, поступающие от гамма-камеры, тоже оцифровываются и запоминаются в соответствующем пикселе матрицы. Количество импульсов, запоминаемое в пикселе, зависят от глубины пикселя, которая может быть представлена байтом или словом. Для байта (2⁸) глубина составляет 256 событий, а для слова (2¹⁶) глубина равняется 65536 событий (или отсчетов).

Опция "увеличение" может применяться только к отдельным участкам, но не к целому изображению. При коэффициенте увеличения "2" сторона пикселя для 64 × 64 матрицы изображения станет равна 3 мм. Размер пикселя определяет пространственное разрешение оцифрованного изображения. Самый маленький объект, представленный в изображении, занимает пространство в один пиксель. Чтобы наблюдать два таких объекта, они должны быть разделены, по крайней мере, одним пикселем (рис. 5.2,б). Такая пространственная комбинация объектов, называемая линейной парой, часто применяется для характеристики пространственного разрешения системы визуализации. Таким образом, разрешение в единицах линейной пары равно двойной ширине пикселя.

Внешнее (или геометрическое) пространственное разрешение системы гамма-камеры однозначно определяет скорость выборки, требуемой для того, чтобы изображение не ухудшалось при преобразовании в цифровую форму. Пространственное разрешение системы гамма-камеры специфицируется в терминах FWHM (ширина на половине высоты) функции расширения. Экспериментальные данные свидетельствуют, что для того, чтобы избежать потерь при дискретизации, ширина пикселя должна быть меньше одной трети FWHM [2]. Стандартная система гамма-камеры с низкоэнергетическим коллиматором высокого разрешения при визуализации распределения ^99mTc в костях имеет FWHM = 8 мм. Следовательно, размер пикселя в этом случае должен быть меньше 2,67 мм. Чтобы соответствовать таким требованиям гамма-камера с 384-мм FOV должна иметь 256 × 256 матрицу изображения, размер пикселя при этом будет 1,5 мм.