خواننده عزیز، ما بر این باور هستیم زمانی که برای آشنایی با واقعیت و ویژگی‌های دایکام صرف شده است، به خوبی سپری شده و اکنون شما ایده بهتری در مورد نحوه مدیریت داده‌های پزشکی توسط دایکام دارید. این موارد شما را برای مرحله بعدی در این سفر آماده کرده‌اند و این مرحله به بررسی نحوه کارکرد دایکام با تصاویر پزشکی می‌پردازد. بدون شک، تصاویر ویژگی‌های شناخته شده‌ای دارند که از جمله آنها می‌توان به عرض، طول و تعداد پیکسل اشاره کرد که می‌توان آنها را در دیکشنری داده دایکام پیدا نمود و همانطور که پیشتر نیز یاد گرفتید، دایکام آنها را با استفاده از واقعیت مجازی ضمنی یا صریح رمزگذاری می‌کند. اما جالب‌ترین ویژگی تصویر، همان خود تصویر است که توالی مقادیر پیکسلی می‌باشد و دایکام آن را در تگ داده پیکسلی استاندارد (7FE0, 0010) با استفاده از OB (برای پیکسل‌های یک بایتی) یا OW (برای نمونه پیکسل‌های دو بایتی) رمزگذاری می‌کند.

دایکام از گستره وسیعی از فرمت‌های تصویری برای ذخیره این پیکسل‌ها (7FE0، ۰۰۱۰) استفاده می‌کند. فرمت‌ها را می‌توان در دو دسته طبقه‌بندی نمود:

1.  مختص دایکام: این فرمت‌ها فقط توسط دایکام استفاده می‌شوند. آنها در رده قدیمی‌ترین فرمت‌ها قرار داشته و در اولین روزهای عصر کامپیوتر و قبل از ایجاد رویکردهای بهتر ذخیره‌سازی تصاویر معرفی شده‌اند. این فرمت‌ها شباهت زیادی به Bitmap خام دارند و در آنها بیت‌های پیکسلی به روش‌های مختلفی در کنار هم قرار گرفته‌اند.
2. فرمت‌های مستقل استاندارد پذیرفته‌شده توسط دایکام: از جمله این فرمت‌ها می‌توان به JPEG، RLE، ZIP، فرمت نسبتاً ناشناخته JPEG2000 (که به تازگی مشهورتر می‌شود) و JPEG-LS اشاره کرد. تمام این استانداردها با تکنیک‌های مختلف فشرده‌سازی تصویر (اعم از قابل بازگشت و غیرقابل بازگشت) در ارتباط هستند و این امر باعث کاربرد آنها در تصویربرداری پزشکی گردیده است (زیرا کاهش اندازه داده‌های تصویری از اهمیت بالایی برخوردار است). از آنجایی که دایکام شامل استانداردهای دیگری است که برای اقدامات خاصی (نظیر استفاده از JPEG برای رمزگذاری تصاویر) به کار برده می‌شوند، رویکرد استاندارد تعبیه‌ شده بسیار مناسب و سازگار بوده و عملکرد خوبی ارائه می‌دهد.

بیایید با نوع اول آغاز کنیم، زیرا ساده‌ترین و قدیمی‌ترین است و همچنان به عنوان پیش‌فرض دایکام به کار برده می‌شود. سپس، ما به بررسی مهم‌ترین نکات مربوط به استانداردهای مستقل خواهیم پرداخت. شما می‌توانید از طریق منابع دیگر اطلاعات بیشتری در مورد هر یک از آنها کسب کنید، اما برخی از آنها تاثیرات زیادی بر ذخیره‌سازی تصویربرداری و تحلیل پزشکی دارند، بنابراین سعی داریم از هیچ یک از آنها بدون بررسی نگذریم.

شکل ۱. بزرگنمایی تصویر دیجیتال

Bitmaps دایکام

همانطور که می‌دانید یک تصویر دیجیتال ماتریسی مستطیلی از پیکسل‌ها (عناصر تصویر) است که نقاط ریزی با رنگ‌های متفاوت هستند و تصویر را شکل می‌دهند. برای مثال، عرض یک تصویر CT برابر ۵۱۲ پیکسل و ارتفاع آن ۵۱۲ پیکسل است و این بدین معناست که این تصویر ۵۱۲ × ۵۱۲ = 262144 پیکسل دارد. اگر این پیکسل‌ها را خط به خط از گوشه بالای سمت چپ بنویسید، شما یک توالی متشکل از ۲۶۲۱۴۴ پیکسل خواهید داشت که می‌توانید در یک فایل ذخیره کنید. اساساً، این فایل تصویر Bitmap خام شما خواهد بود (شکل ۶-۱).

اکنون چشمان خود را بسته و فهرستی ذهنی از تمام ویژگی‌های تصویر دیجیتال که به نظر شما مهم‌ هستند تهیه کنید. آیا به پایان رسیدید؟ مواردی که پیدا کردید را با ویژگی‌های دایکام مقایسه کنید:

• عرض و ارتفاع تصویر ـ قطعا شما باید آنها را بشناسید. محصول آنها آن اغلب تحت عنوان رزولوشن تصویر خوانده شده و برابر تعداد کل پیکسل‌های موجود در عکس است.
• نمونه‌ها به ازای هر پیکسل: هر پیکسل تصویر می‌تواند ترکیبی از چندین مقدار نمونه باشد. رایج‌ترین مورد پیکسل رنگ است که شامل سه نمونه رنگ مستقل می‌باشد: قرمز، سبز و آبی (که به طور مختصر RGB نیز نامیده می‌شوند). اگرچه مقدار هر یک از نمونه‌ها به روشنایی پیکسل تاثیر دارد، ترکیب آنها باعث ایجاد رنگ می‌شود. برای مثال، ترکیب مقدار برابر قرمز و سبز باعث ایجاد رنگ زرد و از ترکیب مقادیر یکسان قرمز، سبز و. آبی نیز رنگ خاکستری حاصل می‌شود. تصاویر خاکستری معمولا با یک نمونه مونوکروم به ازای هر پیکسل ذخیره می‌شوند. زمانی که نمونه‌های ۲ بایتی (۱۶ـ بیت) به کار برده می‌شوند (OW VR)، این میزان برابر ۲^۱۶ = 65536 خاکستری ممکن است ـ منبع پشتیبانی دایکام برای خاکستری عمیق در CT، MR، CR (اشعه X) و بسیاری از حالت‌های دیگر است.

در هر رویداد، انتخاب نمونه پیکسلی برای تمام پیکسل‌های موجود در یک عکس ثابت می‌باشد و این امر فقط به روش تصویربرداری بستگی دارد.

• بیت‌های استفاده شده برای ذخیره‌سازی یک نمونه پیکسل، B_s ـ دایکام این پارامتر را «بیت‌های ذخیره‌شده» می‌نامد. برای مثال، اگر شما تصویر خاکستری دارد که در آن هر پیکسل (نمونه) از هشت بیت استفاده می‌کند، B_s برابر هشت خواهد بود و تعداد سایه‌های خاکستری این تصویر بدین صورت محاسبه می‌شود: ۲^B=۲^۸=۲۵۶. اگر تعداد بیت‌های ذخیره شده را به B_s=۱۰ افزایش دهید، به ازای هر نمونه ۲^۱۰=۱۰۲۴ سایه خواهید داشت. همانطور که مشاهده می‌کنید، عدد بیت‌های ذخیره‌شده‌ عمق رنگ تصویر را مشخص کرده و میزان پررنگی تصویر شما را نشان می‌دهد. بنابراین، این مشخصه همانند رزولوشن فضایی (عرض و ارتفاع تصویر) است، اما در دامنه روشنایی قرار دارد و هر چه بیشتر باشد، بهتر خواهد بود. این مورد در پزشکی دیجیتال که در آن اغلب نیاز دارید تغییرات جزئی رنگ و روشنایی را مشاهده کنید، ارزشمند و مهم خواهد بود.
• بیت‌های اختصاص داده‌شده به ازای نمونه پیکسل، B_a ـ اساساً، B_s­، گرد شده به مضربی از هشت (برای تناسب با کل بایت‌ها. این میزان نشانگر حافظه استفاده شده برای ذخیره یک نمونه پیکسل خواهد بود. بنابراین، مشخص است که چنین رابطه‌ای حاصل خواهد شد: .
• بیت بالا، B_h­ ـ همانطور که در ادامه مشاهده خواهیم کرد، این بیت با انتهای نمونه پیکسل B_s در محدوده B_a تطابق دارد.

شکل ۶-۲ ساختار یک پیکسل دایکام متشکل از چند نمونه را نشان می‌دهد. پیکسل اشاره شده از سه نمونه تشکیل شده است: قرمز، سبز و آبی. در این نمونه، هر نمونه B_s = 12 بیت است. از آنجایی که تمام داده‌های کامپیوتری به صورت بایت ذخیره می‌شوند (۱ بایت = 8 بیت)، ۱۲ بیت بدین صورت خواهند بود: B_a = 16 و B_h = 11. معمولا، این رابطه برقرار است: B_h = B – ۱. همان حافظه ۱۶ بیتی برای نمونه‌های دیگر (در این مثال، قرمز و آبی) نیز اختصاص داده می‌شود و کل تصویر به صورت یک توالی از نمونه‌ پیکسل‌های خود نوشته می‌شود.

امیدواریم این موارد برای شما دشوار نباشند، اما برای کامل‌تر کردن این تصویر، اجازه دهید مثال دیگری از رمزگذاری نمونه پیکسل را در شکل ۶-۳ به شما نشان دهم.

در این مورد، نمونه در بیت‌های ۱۰= B_s ذخیره شده بود، اما شمارش از بیت دوم شروع شد. از آنجایی که دایکام مقادیر بیت بالا B_h و بیت‌های ذخیره‌شده B_s را ذخیره می‌کند، ما می‌توانیم جایگاه اولین «بیت پایین» را با استفاده از معادله B_s  – ۱ + B_h  بازیابی کرده و سایر موارد نیز از آن پیروی خواهند کرد.

پیچیده‌ترین بخش در رمزگذاری پیکسل، نحوه بهره‌مندی دایکام از بیت‌های استفاده نشده است. اگر به مثال دوم توجه کنیم، می‌توان مشاهده نمود که:

(بیت‌های ۰-۱ و ۱۲-۱۵) فاقد داده‌ پیکسل هستند، بنابراین ما ۶/۱۶ = 37.۵% از فضای ذخیره‌سازی را تلف کرده‌‌ایم. برای دستیابی به این فضا، دایکام پیشتر اطلاعات مازاد از جمله پیکسل‌های دارای همپوشانی تصویر را ذخیره می‌کرد (که ارتباطی با داده‌های پیکسل تصویر اصلی ندارند). در اصل، بخش‌های یک رشته اطلاعات بین تکه‌های دیگر گیر کرده بودند تا از تمام بیت‌ها در هر بایت استفاده کنند.
این رویکرد در روزهای ابتدایی دایکام زمانی که فشرده‌سازی تصویر هنوز پیشرفت نکرده بود، بسیار مشهور بود و ذخیره‌سازی داده‌های دیگر بین نمونه پیکسل‌ها روشی عالی برای بهینه‌سازی فضا به شمار می‌رفت. همانطور که می‌توانید تصور کنید، در واقعیت، این روند منجر به ترکیبی نسبتاً سردرگم‌کننده از بیت‌ها می‌شود و در نهایت نیز باعث شد تا منسوخ شود. امروزه، فرد می‌تواند با استفاده از فشرده‌سازی تصویر به طور بهتری از حافظه استفاده کند. با این حال، روش‌های کاهش اندازه بیت‌ها همچنان در دایکام استفاده شده و در صورتی که از دستگاه‌های دایکام قدیمی استفاده می‌کنید ممکن است در برخی کاربردها و داده‌ها با آنها مواجه شوید. ضمیمه D در DICOM PS3.5 استاندارد، سایر طرح‌های رمزگذاری نمونه را شرح می‌دهد.

شکل ۲. ذخیره‌سازی بیت‌های نمونه پیکسل: ساده

اگر بتوانید با روش‌های مختلف ثبت پیکسل‌های تصویر (نمونه‌ها) سروکار داشته باشید، بنابراین با نحوه خواندن و نوشتن بیت‌مپ‌های دایکام نیز آشنا هستید. همانطور که پیشتر نیز اشاره شد، دایکام اطلاعات تصویر را همانند سایر موارد در نظر گرفته و تمام ویژگی‌های مهم عکس به واقعیت‌های مجازی دایکام ذخیره شده در اشیای دایکام تبدیل می‌شوند. این ویژگی‌ها باید در تمام اشیای دایکام حاوی تصویر وجود داشته باشند. در اصطلاح دایکام، این ویژگی‌ها ضروری هستند. جدول ۶.۱ نمایی دقیق از برخی از ویژگی‌های مهم تصویر ارائه می‌دهد که از دیکشنری داده دایکام برگرفته شده است.

شکل ۳. ذخیره‌سازی بیت‌های نمونه پیکسل: پیچیده‌تر

جدول ۶-۱. ویژگی‌های مهم تصویر در دیکشنری داده دایکام

این فقط بخشی از تمام تگ‌های مربوط به پیکسل دایکام است، اما اگر تجربه کار با سایر فرمت‌های تصویر را داشته باشید، می‌توانید قدردان کامل بودن دایکام باشید. برای مثال، همانطور که (۰۰۲۸,۰۰۰۸) نشان می‌دهد، شما می‌توانید توالی فریم‌ها (اساساً در یک ویدئوی دیجیتال) را در یک تصویر دایکام ساده ذخیره کنید. شما می‌توانید ابعاد فیزیکی پیکسل‌ها را در (۰۰۲۸,۰۰۳۰) تعیین کنید ـ برای مثال، ۰.۷ x 0.7 mm در تصویر CT ـ که شما را به اندازه‌گیری اشیای تصویر در واحدهای فیزیکی خود از جمله میلی‌متر قادر می‌سازد. اطلاع از فاصل پیکسل‌ها، فاصله بین تصاویر (۰۰۱۸,۰۰۸۸)، جایگاه تصویر (۰۰۲۰,۰۰۳۲) و جهت‌گیری (۰۰۲۰,۰۰۳۷) امکان بازسازی سه بعدی بهتری را امکان‌پذیر می‌سازد، زیرا ما می‌توانیم اندازه‌ها و موقعیت‌های صحیح اشیاء را حفظ کنیم.

من می‌توانم به صورت بی‌انتها این لیست را ادامه دهم، اما اجازه دهید در اینجا توقف کرده و مرور بیت‌مپ‌های دایکام را جمع‌بندی کنیم، زیرا مباحث مهم‌تری پیش رو داریم.

به خاطر داشته باشید که دایکام پشتیبانی بسیاری خوبی برای ذخیره‌سازی داده‌های تصویر و تمام پارامترهای مربوطه ارائه می‌دهد که هیچ یک از فرمت‌های تصاویر نمی‌توانند ارائه دهند. این امر دلیل موفقیت دایکام در تصویربرداری پزشکی را نشان می‌دهد. این امر همچنین دلیل از بین رفتن داده‌های ضروری تصویر در صورت تبدیل تصاویر دایکام به فرمت‌هایی نظیر JPEG هشت بیتی را نشان می‌دهد، زیرا تبدیل آنها می‌تواند باعث سوءتعبیرهای بسیار خطرناک گردد. علاوه بر این، تبدیل تصاویر بدین صورت منطقی نیست. دایکام از JPEG و سایر روش‌های فشرده‌سازی برای فشرده‌سازی بافرهای پیکسل در مشخصه (7FE0,0010) در اشیای دایکام بدون از بین رفتن سایر داده‌های تصویر پشتیبانی می‌کند.

بیایید به تمام موارد مربوط به فشرده‌سازی تصویر بپردازیم، شاید بتوانم تمام سازوکار آن را به شما نشان دهم.

منبع : کتاب Digital Imaging and Communications in Medicine