Bioimmagini

Introduzione

Lo sviluppo delle bioimmagini coincide con la scoperta dei raggi X che permettono di avere delle rappresentazioni di strutture interne al corpo senza ricorrere a interventi. Parallelamente si affiancano a uno rappresentazione pittorica che imita la prospettiva un'autore di dell'oggetto vero che non usa fedeltà della realtà: questo tipo di rappresentazione reca per me una visione concettuale della realtà.

La storia delle bioimmagini si divide in 5 periodi:

1. 1895-1944 nel periodo in cui accanto ai miglioramenti di contrasto e la risoluzione spaziale è trovato diverse operazioni tra cui i raggi X e l'anodo rotante che cercano di migliorare l'immagine.
2. 1945-1970 - avvento delle tecniche ad ultrasuoni - nascita dell'informatica e dell'elettronica applicate alla creazione di immagini di tipo medico - tecnologie di tipo nucleolare, amplificatore di brillantezza e γ-camera - creazione immagini a partire dalle emissioni di raggi γ ma riguardo all'emissione nell'organismo di un isotopo fluorescente - con le tecniche a raggi X si ottengono immagini analogiche qui invece si ottengono immagini numerose, vengono contati i fotoni che avvengono su una certa superficie (scintigrafia)
3. 1971-1980 si ottengono immagini stratificate usando radiazioni per anche metodi costruttivi avvento delle tecniche di tomografia computerizzata: si ottengono cosi delle sezioni TAC; proietto i raggi X e costruisco l'interno SPECT: utilizzo i raggi γ PET: utilizzo un radioisotopo marcato, rimosco e ricavarne una fotografia del metabolismo delle componenti chimiche nel quinto periodo si assiste ad un miglioramento di rappresentazione delle strutture interne; immagine digitale & rivoluzione dallo filmico la TAC di singolo atto, madedro propria, miscela biopsia. Si migliorano la risoluzione in ampiezza per cercare di coprire il maggior numero di livelli di grigio; la risoluzione spaziale invece si preoccupa di quanti punti s² riusciamo a mettere nell'immagine.

A) 1981-1990

Funzioni dinamiche che danno un'informazione temporale. Si punta l'attenzione sulla risoluzione temporale in cerca di migliorare il tempo utile per raccogliere l'immagine.

RM funziona bene per i materiali ricchi di acqua (come funi o the corde) e utilizza una forza di campo di tipo elettromagnetico.

B) 1991-2000

Integrazione di biomarcatori di diversa provenienza, in modo che venga utilizzato un imaging morfologico-panoramico con immagini funzionali (per esempio TACT/PET).

Tipi di bioimmagini

• MAPPE: rappresentazione di una grandezza riferita alla superficie corporea a partire da misure in punti specifici; ad esempio nell'EEG e ECG le misurazioni vengono effettuate con l'uso di elettrodi e non vengono riferite alle varie posizioni. All'atto dell'ECG viene costruita una gabbia, una metrica toracica e, in un insieme viene rilevato il segnale e convertito ad esempio in livelli di potenziale. Dalla ricostruzione di mappe di potenziali nell'ECG, ricavo informazioni sul cuore.
• PROIEZIONI: immagini su un piano di proiezione a partire da un centro (centro di interesse dell'informato). Ogni punto rappresenta l'integrazione di una grandezza fisica nelle linee di proiezione che attraversa il volume considerato.

ATTENUAZIONE da A a B = ∫ l α = integrale su tutta la lunghezza e dell'abbornimento dell'app. X.

• TOMOGRAFIE: immagini costituite di sezioni virtuali del corpo rappresentativi viste panoramiche precise; la ricostruzione è fatta a partire da misure esterne, delle quali tempo di volo (ultrasuoni), proiezione ob varie angolature.

L'immagine come funzione

Un processo di immagine comporta:

1. La generazione di un fascio di energia (elettromagnetica o meccanica) mediante una sorgente esterna diretta all'oggetto.
2. L'interazione (trasmissione, riflessione) dell'energia generata con la materia dello scena osservata.
3. La percezione di un fascio di energia che tiende accorribile, tramite filtri ottici, una determinata proprietà caratteristica (riflessione, rifrazione). Si mostra così alla scansione della funzione spazio-temporale f(x,y,z,t) della grandezza fisica in questione.
4. Una trasformazione parametrica (proiezione, scansione, proiezione) che separa obk f(x,y,z,t) in altre grandezze: f(x,y,t) funzione delle coordinate del piano immagine e, del tempo.
5. Per immagini statiche i livelli di grigio sono una funzione z=g(x,y) dove z è il livello di grigio nel punto di coordinate (x,y).

Frequenza Spaziale

Nel caso di segnali continui si può effettuare la decomposizione in armoniche tramite l'analisi di Fourier. Il segnale viene così espresso come combinazione di sinusoidi: per ognuna delle frequenze b ho un contributo in ampiezza e fase di frequente obk seguende sovrasti.

ARMONICA FONDAMENTALE Ξ

Sull'asse x distinguo i livelli di grigio:

• grigio scuro - minima delle sinusoidi
• grigio chiaro - massima delle sinusoidi

Quando hanno armoniche, si distinguono composrucurente le righe fino o cos miele, lo stoluzione metto e quello di scurmare tutte le oscilidé fino all'inferi

EFFETTO DELLA FASE SULLA SOMMA DI ARMONICU: se scalevo delle fosc e nella sinusoide si this dal contorno meri, mac abbuccuto dizeono che la fase ą e 0:0 o 20, per esempio.

Questo tipo di decomposizione può essere adottata anche nel caso di immagini. Data la pictue di funzioni in due variabili, la base delle funzioni armoniche scro' anche ono di due variabili: una periodic funzione in sinosolo e stor.

z= f(x,y) = A sin(2π(uχ+vy)+ϕ)

u=1/V

v=1/V

Soglie Assolute e Soglie Differenziali

Soglie assolute:

Esiste una corrispondenza biunivoca fra gli elementi del mondo esterno e quelli mentali, tale che mediante funzioni le variabili degli ultimi a partire dei primi.

Esiste una sola funzione unica che opera la trasformazione psicofisica ovvero musica dello stimolo fisico uno stato mentale di sensazione.

Le scale sono del tipo logaritmico, ovvero ad un aumento in progressione geometrica delle grandezze fisiche corrisponde ad un aumento in progressione aritmetica della sensazione corrispondente.

Si riconosce nell'asse x l'intensità fisica dello stimolo, nell'asse y l'intensità fisica della risposta dello stimolo (sensazione).

Fenomeno di compressione: si aumenta lo stimolo ma la sensazione è costante (stimoli molto elevati).

Fenomeno di espansione: per piccole variazioni dello stimolo, si hanno notabili variazioni delle sensazioni (stimuli chimici ed elettrici al pompa di corrente).

Per quantificare le relazioni fra il continuum fisico e quello sensoriale ci si pone due domande:

1. Qual è il livello di stimolazione minima necessaria per risolvere una sensazione (soglia assoluta)?
2. Qual è la minima differenza necessaria per distinguere una stimolazione come diversa da un'altra (soglia differenziale)?

Soglia Assoluta

Soglia assoluta di uno stimolo è il valore per cui lo riconosce il 50% delle volte.

Soglia Differenziale

Soglia differenziale: minima differenza di intensità fra due stimoli rilevata nel 50% delle presentazioni di 2 stimoli a confronto.

DL = ΔI₁²

Un'immagine binaria è un'immagine in cui ogni pixel puó assumere solo 2 valori: 0-1, vero-falso, opaco-trasparente. Usa quindi solo BIT/PIXEL.

Un'immagine a toni di grigio è un'immagine in cui ogni pixel assume valori in un intervallo più ampio. Valori tipici sono [0,63] [0,255] [0,1024] che corrispondono ca. 6, 8, 10 BIT.

Un osservatore umano percepisce una scala continua di grigi osservando immagini memorizzate con otto bit.

Fattori di Distruzione

Fattori di degradazione dell'informazione sono le DISTORSIONI GEOMETRICHE e le DISUNIFORMITÀ DEL CAMPO.

Sono legate alle trasformazioni geometriche operate sul passaggio 2D delle coordinate nello spazio 3D, allo spostamento delle risposte del sensore.

Le distorsioni geometriche possono essere valutate sull'immagine di una propria reticolazione mentre la disuniformità di campo è dovuta allo non uniformare operativa della risposta del sensore.

Si vede la creazione di PSEUDO CONFINI, ovvero l'occhio crea contorni che in realtà non ci sono.