NOTA - LA GESTIONE DELLE IMMAGINI DIGITALI - IMAGE PROCESSING DIGITAL

Le possibilità applicative della radiologia digitale comprendono le funzioni gestionali (archiviazione, trasmissione, recupero, etc.) e quelle elaborative, miranti alla ricostruzione “pilotata ” dell’immagine per renderla più rispondente alle esigenze in ambito produttivo. L’insieme delle tecniche che si incaricano di realizzare quest’ultimo obiettivo è noto come “image processing ”.

In effetti, il crescente sviluppo dell’intelligenza artificiale sta ampliando il dominio di questa disciplina fino a comprendere i procedimenti di analisi computerizzata dell’immagine, al riconoscimento di strutture da parte dell’operatore, fino a giungere ai sistemi di scarto automatico tramite visione e analisi dell’immagine.

L’image processing si incarica, quindi, di operare su una o multi immagini digitali per incrementarne la sua valutazione diagnostica; per questo motivo, è spesso denominata anche image enhancement.

La possibilità di ottenere un significativo incremento della qualità diagnostica dell’esame in fase successiva all’acquisizione “post-processing ” è una peculiarità della radiologia digitale; quella convenzionale, invece, non consente nessun tipo di rielaborazione, costringendo il tecnico a modificare i parametri radiologici ed acquisire ulteriori immagini, nel caso la prima immagine ottenuta non sia sufficiente ai fini di una valutazione definitiva.

La radiologia digitale garantisce quindi il pieno sfruttamento di qualunque immagine acquisita, permettendo, entro certi limiti, la correzione di errori di esposizione e consentendo l’estrazione dall’immagine di tutte le informazioni presenti, rendendo visibili quelle che non sono percepibili ad occhio nudo.

Il miglioramento dell’immagine può essere ottenuto in diversi modi, utilizzando metodiche molto differenti fra loro per procedura operativa, in rapporto all’obiettivo che si intende raggiungere: il potenziamento del contrasto (contrast enhancement), il rilevamento e l’estrazione dei contorni (edge desection e edge extraction), l’aumento della nitidezza (sharpening), la riduzione del rumore (smoothing), e numerosi altri.

La maggior parte delle tecniche agiscono su più immagini con l’utilizzo di algoritmi di somma, sottrazione o di media, impiegano le informazioni contenute nelle diverse immagini per ottenere il risultato voluto.

I punti in comune fra le varie tecniche risiedono essenzialmente nella procedura operativa, i numeri che codificano i livelli di grigio attribuiti ai pixel dell’immagine originale sono modificati con l’applicazione di differenti funzioni e depositati in un’altra area di memoria, dove costituiscono un’immagine alternativa a quella di partenza.

Le varie tecniche differiscono fra loro per la funzione matematica applicata e per il numero, la sede e l’ordine di elaborazione dei pixel da modificare.

Una delle classificazioni più diffuse, infatti, distingue le tecniche in puntiformi, regionali e globali: nelle prime, concettualmente più semplici e diffuse, tutti i pixel vengono presi in esame singolarmente in modo sequenziale, e modificati applicando a ciascuno di essi la funzione scelta.

Nelle elaborazioni regionali, la modifica di ciascun pixel avviene tenendo conto dei valori di quelli circostanti, disposti in una piccola matrice di 3x3 o 4x4 (nota come kernel); nelle elaborazioni globali, la scelta del nuovo valore da attribuire a ciascun pixel avviene dopo l’analisi dei valori dei pixel contenuti in matrici molto più ampie, spesso coincidenti con l’intero insieme dei pixel.

La differenza fra i tre tipi di tecniche, quindi, risiede nel peso che viene attribuito, in sede di elaborazione, ai pixel circostanti a quello in esame.

Qualora si intenda meglio evidenziare strutture circoscritte, a densità omogenea, è necessario ricorrere alle elaborazioni regionali, perché l’analisi dei valori dei pixel circostanti quelli in esame è la procedura migliore per identificare l’appartenenza di un punto ad una struttura ed i confini di questa.

Per tali motivi, le elaborazioni regionali sono impiegate essenzialmente per la delimitazione e l’accentuazione dei margini.

Per definire l’influenza media di un fattore su tutti i punti di un’immagine, e modificare ciascun pixel in base al valore riscontrato, si deve far ricorso alle elaborazioni globali, che si rivelano quindi particolarmente utili, ad esempio, per la riduzione del rumore.

Mediante selezioni di funzioni e parametri gestionali si possono effettuare delle analisi sulle immagini migliorando notevolmente la visione del dettaglio.  In particolare vanno ricordate sia le funzioni di visualizzazione che le tecniche di elaborazione.

Queste ultime sono usate per la riduzione del rumore (filtering) e per le ricostruzioni (reformatting e rendering).

Le funzionalità di visualizzazione comprendono:

Grazie all’utilizzazione di questo insieme di tecniche, le immagini digitali arrivano a consentire, anche in presenza di una minore risoluzione spaziale, una pari o maggiore efficienza diagnostica rispetto alle immagini analogiche, proprio in relazione alla flessibilità e interattività della presentazione.

E’ una entità di disturbo, inscindibile dal segnale, che si presenta in tutti i sistemi e quindi anche nei sistemi radiologici. Esprime la granulosità del sistema e limita la visibilità di particolari a basso contrasto.

E’ dovuto a diversi fattori che con meccanismi diversi contribuiscono alla degradazione dell’immagine:

 

La MTF (funzione di trasferimento della modulazione) descrive in modo completo la perdita di informazione nel processo che va dall’acquisizione alla visualizzazione dell’immagine.

E’ ottenuta come il rapporto fra l’informazione disponibile in ingresso e l’informazione effettivamente fornita dal sistema radiologico.

Mette il relazione, quindi, la risoluzione di contrasto (minima variazione di intensità rivelabile fra zone contigue dell’immagine) con la risoluzione spaziale (capacità del sistema di riprodurre fedelmente particolari radiologici piccoli e ad alto contrasto, misurata in pl /mm) per un sistema radiologico sia convenzionale sia digitale.

Nei sistemi convenzionali la risoluzione di contrasto finale è determinato dalle caratteristiche sensitometriche della pellicola, dal suo trattamento ed ovviamente dalla sua esposizione.

Nei sistemi digitali il contrasto può essere manipolato a piacere con processi di windowing (variazione della finestra di vista).  Si aggira così la limitazione del dell’occhio umano che riesce a discriminare meno di 20 livelli di grigio, questo è un grande vantaggio dei sistemi digitali rispetto agli analogici.