در یک دستگاه رادیولوژی دیجیتال یک تیوب مخصوص تشعشعات X-ray را به بدن انسان تابانده و سپس اشعه رد شده از بدن انسان به دتکتور X-ray میرسد. تشعشع ارسالی توسط تیوب در مسیر عبور خود از بدن انسان با توجه به میزان سختی مواد مختلف تضعیف شده و به دتکتور میرسد. این میزات تضعیف برای مواد سخت مانند استخوان بیشتر و برای مواد نرم مانند ماهیچه ها کمتر است. با توجه به میزان تشعشع دریافت شده در پیکس های مختلف سطح، دتکتور یک تصویر از پرتو دریافتی تشکیل می دهد.
اما این تصویر با تصویر واقعی قابل قبول برای عملیات تشخیصی پزشکان متناسب نیست. برای رفع این مشکل مجموعه ای از عملیات پردازش تصویر صورت میگیرد تا تصویر قابل قبول از تصویر مبهم دتکتور استخراج شود.
1- کالیبره کردن تصویر
تیوب و دتکتور به شخصه ممکن است دارای خطا باشند. این خطا همان عدم یکنواختی در تابش پرتو توسط تیوب و عدم یکنواختی در دریافت تشعشعات X-ray توسط دتکتور است. برای رفع این مشکل نیاز به کالیبراسیون تصویر است. برای کالیبره کردن دستگاه رادیولوژی در ابتدا تصویر دتکتور در حالتی که تیوب خاموش است گرفته میشود. سپس در حالتی که تیوب روشن است و هیچ مانعی مابین تیوب و دتکتور وجود ندارد نیز مجددا تصویر دتکور دریافت میشود. با استفاده از این دو تصویر میزان خطای دریافتی دتکتور و خطای تابشی تیوب قابل استخراج است که در مراحل بعدی از آنان برای کالیبره کردن دستگاه استفاده میشود.
2- عملیات مربوط به crop – rotate – resize
در ابتدا تصویر رادیولوژی ممکن است به صورت کامل از یک دتکتور تصویربرداری نشده باشد. در این حالت ممکن است تصویر چرخیده باشد و کل تصویر ورودی را شامل نباشد. در این حالت بایستی کنارههای تصویر شناسائی شده و بر اساس آن تصویر برش بخورد. در مرحله بعد بایستی تصویر ورودی بر اساس زوایای آن چرخیده شود تا در راستای صحیح قرار گیرد و در نهایت نیاز به تغییر سایز برای نمایش در کل تصویر است. نمونه ای از این مورد در شکل زیر نمایش داده شده است.

3- حذف نویز فلفل و نمک
پس از تصویر برداری رادیولوژی، امکان دارد برخی از پیکسلها به دلائل مختلف دچار اشکال شده و به اشباع بروند و یا کاملا قطع شوند. اشباع به معنی بزرگترین عدد ممکن برای یک پیکسل و قطع شدن یک پیکسل به معنی کوچکترین عدد ممکن حاصل از خروجی دتکتور برای برخی از پیکسلها خواهد بود. این پیکسلهای معیوب به صورت نقاط سفید و سیاه پراکنده بر روی تصویر نمایش داده میشود که به آنان نویز فلفل نمک گفته میشود.برای رفع این مشکل از الگوریتم های پردازش تصویر خاصی استفاده میشود. در این الگوریتم ها پیکسلها با مقادیری متفاوت از پیکسلهای اطراف خود شناسائی و با بهترین گزینه جایگزین میشوند.

4- حذف اثر grid
همانگونه که اشاره شد، نحوه دریافت اشعه X-ray توسط دتکتور به صورت عبور از بدن انسان است. انتظار میرود که اشعه هایی که از تیوب ساتع میشوند و از بدن انسان عبور میکنند صرفا با توجه با بافت عبوری، در میزان شدت آنان تغییر ایجاد شود. اما در برخی موارد پرتوهای عبوری از بدن دچار انحراف شده و از جهت اصلی خود منحرف میشوند. انحراف پرتوها از مسیر اصلی باعث عدم برخورد آنان با پیکسلهای مورد نظر و برخورد به پیکسلهای مجاور در دتکتور میشود. این اثر باعث پراکندگی (scatter) در پرتوهای دریافتی و در نهایت تخریب تصویر دریافتی دتکتور میشود.
برای جلوگیری از اثر scatter در دتکتورهای X-ray از یک Grid مقابل دتکتور رادیولوژی استفاده میشود. Grid مجموعه ای از پرههای ریز و موازی است که در یک صفحه تعبیه شده است. پرتوهایی که دچار انحراف شده باشند به پرهها برخورد کرده و از بین میروند و فقط پرتوهای موازی عبور میکنند. نمونه ای از این عملیات در تصویر زیر نمایش داده شده است.

وجود این Grid گرچه خود وضوح تصویر دریافتی را زیاد میکند ولی باعث بوجود آمدن اثر تیغههای مربوط به آن بر روی تصویر میشود. این اثر به صورت یک سری نوارهای باریک بر روی تصویر مشاهده میشود.
برای حذف این آثار ناخواسته از فیلترهای خاصی در پردازش تصویر استفاده میشود که در ابتدا جهت تیغهها را تشخیص داده وسپس با استفاده از تبدیل فوریه تصویر ورودی، دادههای Grid را تشخیص داده و حذف میکند و سپس مجددا با تبدیل فوریه معکوس به تصویر اصلی باز میگردد.

5- حذف scatter تصویر (در حالت بدون Grid)
در برخی حالات تصویربرداری X-ray توصیه شده است که از grid استفاده نشود. علت این موضوع این است که grid به صورت ذاتی باعث کاهش سطح پرتو دریافتی دتکتور میشود. برای رفع این مشکل از افزایش دوز ورودی استفاده میشود. اما در برخی موارد که قرار است تصویربرداری از اعضای ظریف بدن یا یک نوزاد انجام شود، افزایش دوز ورودی ممکن است خطرناک باشد. برای برطرف کردن این مورد، grid را از مقابل دتکتور حذف میکنند تا میزان دوز دریافتی بیمار افزایش یابد. اما حذف grid باعث ایجاد scatter میشود که به صورت نویز در تصاویر رادیولوژی مشاهده میشود. الگوریتمهایی برای حذف scatter وجود دارد که در این مورد باید اعمال شود. ولی طبق نتایج ارائه شده، این الگوریتمها در مقایسه با حالت دارای Grid به خوبی پاسخگو نیستند و فقط برای موارد خاص استفاده میشوند.

6- بهبود کنتراست تصویر با استفاده از histogram equalization
به طور معمول در یک تصویربرداری رادیولوژی، انتظار میرود که تصویری خروجی دارای پیکسلها در نقاط دریافت کامل پرتو به رنگ سیاه مطلق و پیکسلها در نقاط عدم دریافت پرتو (بافت های سخت استخوانی) به رنگ سفید مطلق باشد. اما در عمل هنگام تصویربرداری این اتفاق رخ نمیدهد. برای تصویربرداری X-ray هیچ گاه از یک دز پرتو یکسان استفاده نمیشود. این امر باعث میشود که پیکسل خرجی دتکتور در نقاطی که پرتو از بافت عبور نمیکند متناسب با دز ارسالی پرتو باشد و بنابراین همیشه مقدار سیاه مطلق نخواهد بود. مشابه این مورد در نقاط بافت سخت نیز وجود دارد زیرا همیشه مقداری پرتو از این نقاط عبور کرده و پیکسل مربوطه همیشه سفید مطلق نخواهد بود. بنابراین تصویر خروجی دتکتور دارای کنتراست پائین و به عبارت ساده اختلاف بین تیره ترین و روشن ترین پیکسل تصویر کم است. این مورد که به عنوان کنتراست پائین شناخته میشود تفکیک و تشخیص اعضاء مختلف توسط چشم را مشکل میکند. برای افزایش کنتراست تصویر در این مورد از الگوریتم پردازش تصویر Histogram equalization استفاده میشود. نمونه تصویر دریافتی دتکتور و خروجی پردازش شده آن توسط الگوریتم نامبرده در شکل زیر قابل مشاهده است.

الگوریتم histogram equalization رنگهای تصویر را به صورت آماری بررسی و به صورت یکنواخت از سیاه به سفید پخش میکند و به این صورت فاصله بین رنگها زیاد شده و برای چشم انسان قابل تشخیص خواهد بود. در عمل برای عملکرد صحیح الگوریتم، عمق بیت دتکور نسبت به نمایشگرها باید بالاتر باشد. به عنوان مثال دتکتور دارای عمق بیت 12 به ازای هر پیکسل است و این درحالی است که نمایشگرها دارای عمق بیت 8 به ازای هر پیکسل است. به این ترتیب پس از اعمال الگوریتم، داده هایی از تصویر خرجی از بین نمیرود.
اما در این میان چند نکته حائز اهمیت است:
- ◈هیستوگرام هر عضو بدن با عضو دیگر متفاوت است. به عنوان مثال نمودار هستوگرام سینه و شانه از لحاظ ظاهری متفاوت هستند.
- ◈هیستوگرام یک عضو مشخص از افراد متفاوت تقریبا مشابه هست. مثلا هیستوگرام سینه یک انسان نسبت به یک انسان دیگر بسیار مشابه است.
- ◈از آن جائی که هیستوگرام هر عضو با عضو دیگر متفاوت است، امکان استفاده از یک الگوریتم مشابه برای بهبود کنتراست کلیه اعضا وجود ندارد.
- ◈برا رفع مشکل هستوگرام های متفاوت، برای هر عضو بدن یک LUT تعریف میشود که میتوان از آن برای هیستوگرام هر عضو به صورت جداگانه استفاده کرد. LUT یک جدول است که شامل تعدادی عدد است. هر عدد جایگزین یک ضریب روشنایی پیکسل در تصویر میشود.
7- بهبود کنتراست تصویر با استفاده از تیز کردن تصویر
یکی از روشهای بهبود کیفت تصویر برای انسان تیز کردن (sharp) تصویر است. در این پروسه، لبههای تصویرتشخیص داده شده و به صورت واضحتر در تصویر نمایش داده میشوند. برای این مورد از الگوریتم پردازش تصویر unsharp mask استفاده میشود که خروجی آن تصویر تیز شده است.

8- حذف سایر نویزها (گوسی و پواسون)
تصویر دریافت شده دارای یک سری نویز دیگر نیز میباشد که این نویزها ممکن است در اثر نورهای محیطی، اثر تجهیزات الکترونیکی و … باشد. اثر این نویز ها به صورت پیکسلهای تغییر یافته در تصویر خروجی مشاهده میشود. این نویزها معمولا دارای توزیع گوسی یا پواسون هستند. برای حذف این نویزها معمولا از فیلترهایی مانند bilateral, Weiner استفاده میشود. نکته دیگری که در حذف نویز مهم است این است که در تصویر نهایی لبههای تصویر خراب نشوند. نمونه ای از تصویر نویز و تصویر رفع نویز شده در شکل زیر مشاهده میشود.

9- چسباندن تصاویر (image stitching)
در برخی موارد نیاز است که تصویر بدن به گونه ای گرفته شود که این تصویر بزرگتر از ابعاد دتکتور است. به عنوان مثال اگر هدف تصویربرداری کامل از ستون فقرات و یا کل بدن باشد. در این موارد باید تصویر قسمتهای مختلف به صورت جداگانه تصویربرداری شده و سپس تصاویر به یکدیگر چسبانده شود. این مورد با کمی تغییر مشابه Panorama در دوربین عکسبرداری میباشد.