Vizualizacija

Format podataka DICOM

Najrašireniji standard za pohranu podataka u medicinskoj vizualizaciji je DICOM (engl. digital imaging and communications in medicine). To je vrlo opsežni standard koji formalno definira većinu procedura u radu s digitalnim medicinskim podacima: rukovanje, skladištenje, ispis i prijenos podataka. DICOM pokriva definiciju formata podataka i protokol za mrežno komuniciranje – aplikacijski protokol baziran na protokolu TCP/IP.

U DICOM formatu sve informacije se spremaju grupirane u skupove podataka (engl. datasets), što znači da će se slikovni podaci nalaziti zajedno s metapodacima (npr. ime i ID pacijenta, datum, itd.). Time je osigurano da se glavni podaci nikad neće odvojiti od informacija koje ih opisuju, slično kao što se u slikovnom formatu JPEG podaci o slici nalaze zajedno s EXIF oznakama (engl. tags) poput naziva kamere i ISO vrijednosti.

Podatkovni objekt u DICOM formatu sadržava razne atribute; većina njih su već spomenuti metapodaci, no jedan specijalni atribut predstavlja slikovne podatke, tj. vrijednosti piksela u medicinskoj snimci. Iako se metapodaci mogu smatrati kao zasebnom cjelinom koja je zapravo zaglavlje datoteke (engl. header), ne postoji nikakve praktične razlike između slikovnih podataka i informacijskih atributa.

2D vizualizacija

Najjednostavniji način prikazivanja medicinskih snimaka je prikaz dvodimenzionalne slike nekog od poprečnih presjeka. Postoje tri vrste poprečnih presjeka:

• Aksijalni (engl. axial ili transverse)
• Koronalni
• Sagitalni

Slika 1 – Tri vrste poprečnih presjeka

Radi poboljšavanja prikaza može se primijeniti određeni filter na sliku, primjerice:

• Pojačavanje intenziteta - kod slika na kojima se slabo vide vrijednosti dobivene skeniranjem moguće je povećati kontrast i svjetlinu. Također se može primijeniti filter koji preslikava vrijednosti piksela iz originalnog, uskog skupa u mnogo širi raspon vrijednosti, čime se mnogo više informacija vidi u rezultantnoj slici
• Određivanje razlike između dvije slike - Ovaj filter kao ulaz prima dvije slike te generira izlaznu sliku na kojoj su označene razlike između početnih slika. Vrijednost piksela na izlaznoj slici će biti veća ako je razlika između vrijednosti originalnih piksela bila veća.
• Zamućivanje - korištenjem Gaussove funkcije normalne razdiobe moguće je zamutiti originalnu sliku. Ta se metoda često koristi kod eliminiranja šuma iz slike.

Slika 2 – Primjena Gaussovog zamućivanja

3D vizualizacija

Medicinska vizualizacija se bavi skupovima podataka koji su po svojoj prirodi trodimenzionalni (snimljeni volumeni pacijenta) te je korisno i praktično te podatke pregledati u 3D-u, umjesto samog proučavanja poprečnih presjeka. Osnovni način prikaza 3D volumena je metoda „bacanja zraka“ (engl. ray casting ili ray tracing, također poznato i pod nazivom image-order volume rendering). Glavna ideja ove metode je da se vrijednost svakog piksela u slici odredi korištenjem postupka „slanja“ zrake kroz taj piksel u scenu, koristeći određene parametre očišta (kamere). Postupak evaluira podatke u točkama kroz koje prolazi zraka i koristeći njih računa vrijednost piksela.

Slika 3 – Postupak bacanja zrake

U primjeru ilustriranom slikom 29 postavke očišta su namještene tako da se koristi ortografska projekcija, što znači da će se sve zrake kretati međusobno paralelno. Vrijednosti na koje zraka nailazi se obrađuju na temelju prijenosne (transfer) funkcije; u ovom slučaju funkcija određuje maksimalnu vrijednost na putu kojim je zraka prošla te tu vrijednost pretvara u piksel sive boje – minimalna vrijednost odgovara crnoj boji, maksimalna vrijednost se preslikava u bijelu boju.

Slika 4 – Podatkovni profil zrake i 4 primjera transfer funkcije

Na slici 30 prikazan je podatkovni profil zrake koja je prošla kroz određeni 8-bitni volumen (vrijednosti 0–255). Na x-osi označena je udaljenost od očišta, dok je na y-osi predstavljena vrijednost podataka. Ispod prikaza profila nalaze se rezultati dobiveni korištenjem četiri jednostavnih transfer funkcija:

• Maksimalna vrijednost – osnovna operacija na skalarnim vrijednostima podataka
• Prosječna vrijednost – također osnovna operacija
• Udaljenost vrijednosti 30 – ova funkcija računa udaljenost od očišta do točke na kojoj je zraka prvi puta naišla na vrijednost podatka veću ili jednaku 30
• Kompozitna funkcija – vrijednosti na koje je zraka naišla tretiraju se kao uzorci neprozirnosti akumulirani po jedinici udaljenosti

Projekcija maksimalne vrijednosti (engl. maximum intensity projection – MIP) jedna je od najjednostavnijih načina vizualizacije volumena. Dobro se nosi s šumom u podacima te proizvodi slike koje često daju intuitivni uvid u skup podataka.