Aula 1 Introdução à imagem digital

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Radiologia Digital e Qualidade da Imagem
Aula 1: Introdução à imagem digital
Apresentação
Estudaremos o desenvolvimento na qualidade do material, principalmente na interpretação diagnóstica, e a realização do
seu processamento. Com isso, você será capaz de compreender as aplicações da radiologia digital, correlacionando com
os conhecimentos já adquiridos.
Objetivos
Determinar o intento do processamento de imagem digital;
Identi�car as principais abordagens utilizadas no processamento digital;
Descrever a visão histórica de origem da radiologia digital.
Você sabe o que é radiogra�a digital?
A área da imaginologia foi uma das que mais avançou com a tecnologia. O uso do processamento digital na radiologia
modi�cou a forma como o feixe emergente passou a ser absorvido, transformando-se em sinais elétricos e posteriormente em
cópia digital.
 Fonte: Shutterstock por Gorodenkoff.
As radiogra�as são similares às fotogra�as, produzidas por câmeras, mas são reproduções do corpo humano, que objetivam o
estudo das porções internas, como órgãos e ossos.
As imagens radiográ�cas digitalizadas são representações numéricas da variação da intensidade da radiação que ultrapassa o
objeto e alcança o receptor.
As radiogra�as digitais são ilustrações bidimensionais, assim como as imagens em película fotográ�ca radiossensível.
Os retratos radiográ�cos digitais são visualizados em um monitor de computador e denominadas de radiogra�a em cópia
eletrônica.
Processamento digital
As imagens radiográ�cas digitais, ou, as radiogra�as em cópia eletrônica, são determinadas por uma função matemática
altamente complexa, f (x, y), formadas por algoritmos, onde x e y são coordenadas espaciais e a amplitude de f é chamada de
nível contraste radiográ�co, ou tons de cinza, em um determinado ponto.
Essas coordenadas juntas compõem uma matriz de elementos
pictográ�cos, ou pixels, que formam a visualização digitalizada composta
por uma quantidade determinada desses elementos com localizações e
valores especí�cos. Tendo os valores de f quantidades �nitas, discretas e
pré-determinados, temos a chamada radiogra�a digital.
O olho humano limita o campo visual do espectro eletromagnético, que, por sua vez, é abrangido pela quase totalidade dos
aparelhos de processamento imaginológicos, diversi�cando-o, entre ondas gama e ondas de rádio.
A interpretação está localizada entre o processamento e a visão computacional das imagens, não havendo limites de�nidos de
delimitação entre um e outro.
Exemplo
Podemos associar outras fontes geradoras de imagens, como ultrassonogra�a, microscopia eletrônica e ainda, as geradas por
computadores. Dessa maneira, o processamento digital permite a atuação em um campo vasto e diversi�cado de aplicações.
Três níveis de operações
Nos processos computacionais, existem três níveis de operações:
Baixo
O processo computacional de baixo nível corresponde às operações primárias, contendo como propriedade intrínseca o
mesmo elemento de entrada e saída: as imagens. 
Trabalha no seu processamento com intuito de minimizar o quanto possível os artefatos e maximizar a qualidade.
Médio
No processamento de nível médio, há ações como a segmentação, que é o desmembramento das representações de
entrada em regiões ou objetos, para reduzir e adequá-las ao formato do processamento computacional. Porém, o
material de saída são os atributos dela extraídos.
Alto
No processamento computacional de nível alto, engloba-se a compreensão geral dos conceitos reconhecidos dos
objetos, como a interpretação com uma visão mais cognitiva e intelectual do que é visualizado. Sendo assim, o que
denominamos de processamento digital são conjuntos de processos de extração e particularidade do que é analisado
no sistema.
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Origem do processamento digitalizado
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A primeira utilização de �guras digitalizadas ocorreu na indústria jornalística no início da década de 1920, quando houve a
implementação de cabos submarinos, denominados de cabos Bartlane, para transmissão do material entre as cidades de
Londres e Nova York.
A introdução do sistema minimizou o tempo de envio de uma semana para três horas.
Um determinado equipamento de impressão era responsável por codi�car a informação para serem transmitidas pelo
cabo interligado entre as localidades, e, ao serem recebidas, essas imagens informadas eram reconstruídas por uma
impressora telegrá�ca para serem visualizados padrões diversos de tons intermediários.
Havia alguns problemas quanto à qualidade das �guras encaminhadas ao serem visualizadas após a digitalização. Este
dano estava relacionado à má distribuição dos níveis de intensidade de radiação que recebiam. Em virtude disso, a
substituição do sistema foi realizada no ano seguinte, sendo usada agora uma técnica objetivada na reprodução
fotográ�ca com base em �tas perfuradas no terminal de receptor telegrá�co.
No sistema de Bartlane, o equipamento decodi�cava apenas cinco níveis distintos de cinza, e, com a troca do sistema, os
tons detectáveis de cinza triplicaram.
Nesse período de transmutação, a inserção do sistema para revelação por meio de feixes de luz moduladas por �tas de
imagem codi�cada proporcionou melhora no processamento das ilustrações e, consequentemente, maior qualidade na
visualização das fotogra�as.
Nesse período de transmutação, a inserção do sistema para revelação por meio de feixes de luz moduladas por �tas de
imagem codi�cada proporcionou melhora no processamento das ilustrações e, consequentemente, maior qualidade na
visualização das fotogra�as.
Os exemplos anteriores, apesar de estarem relacionados a gravuras digitalizadas, não podem ser considerados resultados
do processamento de imaginologia digital no âmbito do nosso estudo, pois a sua criação não envolvia o uso de
computadores.
É válido ressaltar que o desenvolvimento do processamento digital tem relação profunda e direta com o avanço da
performance do sistema computacional. Em síntese, as imagens digitalizadas dependem, de forma predominante, da
capacidade de reserva de dados e execução operacional, que advém do progresso da tecnologia dos computadores,
alcançando graus superiores de armazenamento, visualização e transmissão.
O conceito do que chamamos de computador moderno remonta à criação do ábaco, há mais ou menos cinco mil anos.
década de 1920 
Avanços aconteceram a partir da década de 1940, quando tivemos a base clássica do sistema computacional com dois
conceitos que passaram a ser encarados como primordiais:
a) A memória de armazenamento de bases. 
b) A rami�cação condicional.
Eles formam juntos o ideal de unidade central de processamento, que agora chamamos de CPU.
Os avanços ocorreram de forma gradativa, assim como as melhorias dos sistemas de visualização e no armazenamento
em massa de dados, sendo ambos fundamentais para o processamento digital.
1940 
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0340/aula1.html
Os primeiros computadores capazes de realizar o tratamento de digitalização são da década de 1960 e dependiam da
disposição dessas máquinas e do avanço espacial.
1960 
Juntamente a esses progressos, as técnicas de processamento digital começaram a ser desenvolvidas em 1970, no
intuito de serem empregadas em pesquisas medicinais.
Um evento importante e marcante para a aplicação do processamento de representações digitais no diagnóstico médico
foi a invenção da tomogra�a computadorizada, em que cortes axiais sequenciais são realizados por meio da rotação do
agrupamento “tubo gerador de raios X + detectores” em volta do objeto.
Mas a�nal, como podemos de�nir o exame radiológico?
O exame tomográ�co consiste em uma imagem formada pelo conjunto de algoritmos matemáticos coletados pelo
computador, que representa uma “fatia” do objeto estudado. A série dessas fatias somadas representarão uma vista
tridimensional (3D), que posteriormente será reconstruída, tornando possívelvisualizar a estrutura como um todo único.
As técnicas de processamento digitais possuem aplicações variadas e contribuíram para a interpretação de ilustrações
radiográ�cas, além de outras áreas que não estão incluídas na medicina, como indústria e ciências biológicas.
1970 
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Áreas que utilizam o processamento digital de imagens
Atualmente, quase que a totalidade das áreas técnicas sofrem com o impacto do grandioso avanço dos processos de
digitalização. Diferentes ramos aplicam rotineiramente os métodos de processamento digital, mas precisam de formas
organizacionais anteriormente estabelecidas e especí�cas para se adequar à sua �nalidade.
A forma mais simples de compreender a aplicação dessa evolução na tecnologia computacional é setorizar de acordo com sua
fonte de origem. A mais usada hoje é o espectro eletromagnético de energia.
Analisaremos a partir de agora, então, como são formadas as imagens oriundas do espectro de radiação eletromagnética,
radiações gama e X.
Ilustrações formadas por raios gama
A principal aplicação da radiação gama no diagnóstico é a utilização no setor de medicina nuclear.
Nos exames cintilográ�cos, o procedimento consiste na injeção de um radioisótopo no paciente, onde a emissão dos raios
gama ocorre conforme o material se desintegra, dando origem às imagens à medida que os raios gama são captados pelos
detectores do equipamento.
É frequentemente utilizada para localizar pontos de doenças ósseas, como as infecções ou tumores.
Na representação ao lado, visualizamos um exame de
cintilogra�a óssea, realizado no setor de medicina nuclear. É
possível observar diversos focos de captação concentrada
do radionuclídeo, caracterizando metástases ósseas
generalizadas.
 Fonte: Case courtesy of Dr Bruno Di Muzio, Radiopaedia.org, rID: 53413.
Ilustrações formadas por raios X
A radiação X é a mais antiga radiação eletromagnética usada no diagnóstico médico. Ela é gerada através de um tubo a vácuo
composto de dois polos com energias opostas, um polo positivo (anodo) e um polo negativo (catodo).
Os elétrons, quando aquecidos, são liberados pelo �lamento do catodo, e irão colidir em alta velocidade com a área focal do
anodo. Ao atingirem o núcleo, a energia é liberada em forma de radiação X, tendo sua capacidade de penetração controlada
pelo diferencial de tensão aplicada entre os elétrons e a corrente do �lamento.
A ilustração abaixo apresenta um típico posicionamento de estudo de tórax, em que o paciente é posicionado entre a fonte
geradora e o receptor sensível à energia do feixe dos raios X.
 Radiografia de tórax de paciente vítima de trauma automobilístico apresentando hemotórax (sangue na
cavidade pleural) do lado esquerdo com múltiplas fraturas de costela. (Fonte: Radiopaedia.org, rID: 31612). 
A intensidade da radiação emergente é modi�cada pela absorção feita pelo objeto e o enegrecimento da radiogra�a é resultado
dessa radiação que o ultrapassa e atinge o receptor.
Nos estudos digitais, as imagens podem ser obtidas de duas formas:
1
Radiologia computadorizada
Digitalização de receptores radiográ�cos.
2
Radiologia digital
A radiação atinge diretamente uma tela que a converte em
energia luminosa; a luz captada é convertida em códigos
numéricos, e, assim digitalizada automaticamente.
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Componentes do sistema de processamento de imagens
Com o tempo, os sistemas foram passando por processos de atualização para se adaptar às necessidades do mercado. Em
meados da década de 1980, os sistemas de processamento eram bastante diversi�cados e tinham variados dispositivos
periféricos que eram conectados ao computador quando fossem usados. Porém, o fato de serem excessivos se tornou o
principal motivo para as mudanças serem feitas.
A modi�cação aconteceu já na década seguinte, sendo agora um único
hardware de processamento, desenvolvido com o objetivo de se tornar
�exível, permitindo adaptações e ainda correspondendo às particularidades
dos distintos e diversos padrões existentes.
Essa atualização, além de ter reduzido os custos da empresa, agiu como um acelerador para as instituições especializadas no
desenvolvimento de software, principalmente para àquelas habilitadas e especializadas no tratamento computacional de
representações digitais.
Existem dois componentes básicos que constituem o sistema de processamento:
1
Um dispositivo físico radiossensível.
2
Um digitalizador, responsável por converter a reprodução
captada no receptor em formato digital.
Esse digitalizador traz diversas vantagens, quando comparado ao raio X analógico, que estão diretamente ligadas à qualidade,
produtividade e minimização de custos.
O hardware especí�co para o método de impressão digital é formado pelo digitalizador somado ao sistema computacional, em
que ambos são responsáveis por realizar operações matemáticas em paralelo com as imagens digitais.
O computador, para o sistema, será de uso geral, podendo ser uma
máquina pessoal ou um supercomputador. Porém, quando for
preciso atingir níveis especí�cos de desempenho em qualidade,
será necessário um computador especializado.
Deve conter um pacote de software direcionado especi�camente para as tarefas, permitindo a integração dos módulos e dos
comandos gerais, a partir do mesmo sistema computacional.
Capacidade de armazenamento
A capacidade de armazenamento do equipamento é muito importante. Ela é dividida em três níveis:
1
Armazenamento de curto prazo, que é para o uso durante o
processamento.
2
Armazenamento online, que permite acesso mais rápido.
3
Armazenamento para arquivos de pouco acesso.
Há, ainda, outras opções, como utilizar a memória do próprio computador ou placas de vídeo especializadas em arquivamento
de dados ilustrativos.
Monitores de imagem
Os monitores de imagem são peças primordiais no processamento de digitalização das imagens, sendo majoritariamente
monitores de televisão em cores controlados por placas de vídeo.
Há algumas situações em que as placas de vídeo disponíveis no mercado não são su�cientemente capazes para as aplicações
de visualização das ilustrações, sendo necessária a troca para monitores que permitam a visualização em três dimensões, três
planos na mesma representação ou imagens tridimensionais.
Outros equipamentos
Temos, ainda, um conjunto de equipamentos que formam o sistema de registro, que podem incluir:
Impressoras a laser.
Filmes fotográ�cos.
Impressoras térmicas.
Impressoras jato de tinta.
Mídias digitais, como CD-ROM.
Em comparação à qualidade das imagens impressas em película e em papel, tem-se melhor resolução e visualização quando
impressas na película radiográ�ca em virtude das características que auxiliam o médico no momento do diagnóstico.
Prossiga para veri�car seu aprendizado.
Atividades
1. O sistema de Bartlane era o sistema usado na década de 1920, em que cabos submarinos faziam a transmissão do material
entre as cidades de Nova York e Londres. Porém, possuía a limitação dos níveis de contraste, ou tons de cinza nas imagens.
Quantos eram os níveis distintos de cinza que o sistema Bartlane identi�cava?
a) 2 níveis distintos de cinza.
b) 3 níveis distintos de cinza.
c) 4 níveis distintos de cinza.
d) 5 níveis distintos de cinza.
e) 6 níveis distintos de cinza.
2. Nos processos computacionais existem três níveis de operações: baixo, médio e alto. Marque a alternativa que corresponde ao
nível de operação baixo:
a) Contém como propriedade intrínseca o mesmo elemento de entrada e saída: as imagens. Trabalha no processamento das imagens com
intuito de minimizar artefatos e maximizar a qualidade.
b) Desmembramento de imagens em regiões ou objetos para reduzir e adequá-las ao formato do processamento computacional,
dispondo como característica de entrada uma imagem. Porém o material de saída são os atributos extraídos dela.
c) Interpretação das imagens com uma visão mais cognitiva e intelectual.Sendo assim, o que denominamos de processamento digital de
imagem são conjuntos de processos de extração e particularidade das imagens.
d) Contém como propriedade de entrada, as imagens. Trabalha no processamento das imagens com intuito de neutralizar os artefatos e a
qualidade.
e) Corresponde a operações primárias, dispondo como característica apenas de entrada, a imagem analógica.
3. A capacidade de armazenamento dos equipamentos é de extrema importância e necessidade, sendo setorizado em três
formas de arquivamento no software. Quais são esses níveis de armazenamento?
a) Armazenamento offline, armazenamento de curto prazo e armazenamento para arquivos de pouco acesso.
b) Armazenamento online, armazenamento de longo prazo e armazenamento para arquivos de pouco acesso.
c) Armazenamento online, armazenamento de curto prazo e armazenamento para arquivos de pouco acesso.
d) Armazenamento offline, armazenamento de longo prazo e armazenamento para arquivos de pouco acesso.
e) Armazenamento online, armazenamento de longo prazo e armazenamento para arquivos de acesso rotineiro.
4. Qual evento foi importante e marcante para a aplicação do processamento de imagens digitais no diagnóstico médico?
a) A invenção da tomografia computadorizada.
b) A invenção da ressonância magnética.
c) A invenção dos raios X.
d) A invenção da ultrassonografia.
e) A invenção da medicina nuclear.
Notas
Exemplos
 Fonte: A primeira gravura é de uma fotografia digital produzida em 1921 com base em uma fita codificada por uma impressora telegráfica com fontes tipográficas
específicas. A segunda representa uma fotografia digital de 1922 com base em uma fita perfurada. (GONZALEZ, R.C.; WOODS, R. C. Processamento Digital de
Imagens. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.) 
Referências
GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.C. Processamento Digital de Imagens. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.
SANTOS, G. C. Manual de Radiologia: Fundamentos e Técnicas. São Paulo: Yends, 2008.
SOLOMON, C.; BECKON, T. Fundamentos do Processo Digital de Imagens. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
Próxima aula
Elaboração da imagem digital;
Método de digitalização;
Estruturas da imagem digital.
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