Download 05. Procesamiento de las imágenes radiográficas - RPoP

Protección radiológica en radiología digital
Procesamiento de las imágenes
radiográficas digitales
L05
IAEA
International Atomic Energy Agency
Objetivos de capacitación
• Proporcionar una lista con tres objetivos principales
en el procesamiento de imágenes digitales
• Explicar el término “histograma de escala de grises”
• Mostrar cómo los parámetros técnicos radiográficos
afectan al histograma de escala grises
• Indicar cómo los errores en el procesamiento de
imágenes digitales pueden contribuir a la exposición
innecesaria de los pacientes a la radiación
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Ventajas de las imágenes de DR frente a
las analógicas
•
•
•
•
Se puede modificar la densidad óptica.
Se puede modificar el contraste.
Se puede modificar la nitidez.
Se puede modificar el ruido.
¡Es el resultado de 20 años de desarrollo!
IAEA
3
Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
La calidad de una imagen monocolor se puede
describir en términos convencionales.
•
•
•
•
•
Densidad óptica (grado de oscuridad)
Contraste
Circo familiar
Nitidez
Ruido
Artefactos o perturbaciones
“ Mira, papá, una imagen digital”
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Ventajas de las imágenes analógicas
respecto a las DR
• La densidad óptica funciona inherentemente
bien (nice).
• El contraste es inherentementemente mayor.
• La nitidez es inherentemente mayor.
• El ruido es inherentemente menor.
¡Es el resultado de 110 años de desarrollo!
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
La densidad óptica es ajustable y
arbitraria
• La adquisición es independiente de la
representación visual
• Se pueden codificar los valores de los datos
originales de la DR a cualquier nivel visual
• Esto permite a la DR compensar la
subexposición y la sobrexposición,
consiguiendo un aspecto consistente,
siempre igual o similar
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Selección incorrecta de los factores de exposición
en radiografía de película y pantallas
Sobreexpuesta
Subexpuesta
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
La DR compensa la selección incorrecta
de loa factores de exposición
sobrexpuesta
Subexpuesta
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
La image DR formada por los datos sin
procesar tiene bajo contraste
• La DR tiene una latitud extremadamente ancha, lo
que implica un bajo contraste en un sistema de
imagen limitado por la representación visual (es
decir, limitado por la latitud del display).
• A los valores numéricos de la DR se los puede
reasignar niveles de la escala de grises de manera
que resulte alto contraste entre los “valores de
interés” (VOI), aunque sacrificando contraste en
otros valores
• Éste es el objetivo principal del procesamiento de
la imagen DR
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Histograma de la escala de grises
idealizada
• El objetivo es representar la
Nr. e pixels
anatomía A con buen
contraste
• B es aire
A
BB
• C es la contribución dada por
C
D
radiación dispersa,
únicamente fuera de los
Exposición (o escala de grises)
colimadores
• D es la contribución dada por
Región de interés clínico
la radiación dispersa, - sólo
en la parte de la imagen
anatómica, del bario o plomo,
fuera del área colimada,
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Nr de pixels
El aumento de los valores de mAs desplaza
el histograma de escala de grises
A
D
B
C
Exposure (or greyscale)
Región de interés clínico
• Modificar los mAs no afecta al contraste del sujeto,
siempre que no se sobrepase el rango dinámico
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Nr. de pixels
El aumento de los valores de kVp comprime
el histograma de la escala de grises
D
C
A
B
Exposición (o escala de grises)
Región de interés clínico
A mayor valor de kVp => menor contraste entre objetos
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
El objetivo primario del procesamiento de imagen es
identificar los valores de interés y lograr el máximo contraste
entre los mismos
• El “reconocimiento de la exposición” o
detección del contorno colimado y de la
anatomía,
• El nivel y el ancho de ventana se ajustan en
función del histograma de la escala de grises
• Por tanto, queda ajustada también la
densidad óptica
• En esto consiste el “procesamiento de la
adquisición de imágenes”
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
¿Falta algún paso?
• ¿Como sabemos que la respuesta del detector
fue uniforme en todo el campo de visión?
• El “Procesamiento en la preadquisición” o
“preprocesamiento”, corrige el efecto de las
imperfecciones así como el de la respuesta
variable.
• Algunos detectores incluyen la selección
automática de la escala de grises (autoranging)
durante el preprocesamiento.
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Detector de la función característica de CR
10000
Densidad óptica
(OD)
2,5
1000
2
1,5
100
1
10
0,5
0
0,1
1
10
100
Pelic/pantalla
Intensidad relativa
3
Histogram
w/contraste
PSL
ajuste nivel ancho
ventana
1
1000
KERMA en aire (µGy)
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
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Datos sin procesar
IAEA
Radiation Protection in Digital Radiology
Datos sin procesar pero
con la escala de grises
ajustada
L05 Digital Radiographic Image Processing
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Otra característica del reajuste de
histograma es el “ajuste de latitud”
3
10000
1000
2
1,5
100
1
10
Intensity (rel)
Density (OD)
2,5
Histogram 1
Histogram 2
Adjust WW 1
Adjust WW 2
0,5
0
0,1
1
10
100
KERMA en aire (µGy)
1
1000
WW= ancho de
ventana
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Los valores (numéricos) codificados se pueden reasignar de
manera más compleja a fin de modificar el contraste
• El objetivo secundario del procesamiento de la
imagen es el de modificar el contraste
• El contraste en algunos valores de interés se ve
comprometido por tener que aumentar el contraste
en otros
• Procesamiento “post-acquisición”
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Existen muchos nombres de marca para el
procesamiento posterior a la adquisición de la imagen
• Tablas pre programadas (LUT), Procesamiento de
•
•
•
•
•
•
la gradación
Máscara borrosa (Procesamiento de la frecuencia)
Procesamiento multifrecuencia (Musica®)
Procesamiento de la frecuencia con objetivo
múltiple
Control del rango dinámico
Supresión de artefactos tomográficos
Sustracción de energía (Energía dual)
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Se pueden reasignar los valores
codificados según una función no lineal
• Esta función podría consistir en asignar un menor
contraste a detalles más claros y más oscuros y
asignar una mayor contraste en la zona media, y
así lograr una apariencia similar a la de una
película (curva gamma)
• A los valores codificados entre los valores de
interés se los desplaza siguiendo una tabla de
asignación de niveles de la escala (LUT).
• A esto se denomina “procedimiento de gradación”
• “Sensitometría”, y “representación de escala de
grises”
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Datos sin procesar,
datos asignados
Datos procesados, gradación
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
La imagen de DR tiene una nitidez limitada
• La nitidez está limitada por las dimensiones de los
•
•
•
•
píxeles
El detalle más pequeño que puede resolver la CR
es un “par de líneas” representado por by un píxel
“oscuro” situado junto a un píxel “claro”.
La máxima resolución espacial es la frecuencia de
muestreo (pixels por mm) divided by 2 (pixels per
par de líneas)
A éste valor se denomina “frecuencia de Nyquist ”
Un chasis de formato grande con 2000 pixels a lo
largo de la dimensión de 35 cm tendría como
máximo unos 6 pixels por mm y una resolución
resolution
espacial
de
3
lp/mm
IAEA
Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
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La resolución práctica es menor que la
frecuencia de Nyquist
• Hay otros factores aparte de la
frecuencia de muestreo que
comprometen la nitidez
• Dimensiones del foco de rayos X
• Borrosidad en DR indirecta y CR I
• Imprecisión óptica y mecánica en en
IDR y CR
• Persisitencia luminosa en la
dirrección de barrido rápido en CR
• El límite de resolución es la
frecuencia a la cual la Función de
transferencia de modulación (MTF)
ha decrecido al 10%
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Mejora de la nitidez: Un segundo del
procesamiento de la imagen
• Si se puede aumentar, de manera selectiva, el
contraste entre los detalles de la imagen que
representan grandes cambios de los valores
numéricos de pocos píxeles, se puede mejorar
la nitidez.
• Dos métodos
• El de la Máscara borrosa (procesamiento de
frecuencia)
• Contraste de bordes Musica® “restitución de
bordes”
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Proceso de la máscara borrosa
• Se inicia el proceso con la imagen original
• Se crea una versión difuminada (borrosa) de la imagen original,
a base de promediar todos los píxeles de una pequeña zona,
denominada ”kernel”.
• Con un kernel más grande se difuminan detalles grandes
• Con un kernel más pequeño se difuminan detalles pequeños
• Se sustrae la imagen borrosa de la original, lo que da como
resultado una imagen formada por las differencias entre ambas
(máscara)
• La máscara contiene aquellos detalles de la imagen que NO
fueron afectados por el proceso
• Se suma esta máscara a la imagen original (retrosumar)
• La imagen resultante realza los detalles que NO fueron
difuminados
• Se efectúa un realce adicional controlado por un factor de
”refuerzo” (boost)
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Proceso de la máscara borrosa
difuminación
2
Imagen difuminada
1
Imagen original
Original + Imag de diferencias
3
Imagen formada
4
1+3=4
por las diferencias
Imagen más nítida
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Musica® Contraste de bordes
• La imagen original se descompone en bandas de frecuencias
espaciales, abarcando cada banda una octava de la banda
total.
• Agregando todas las bandas parciales quedaría
reconstruida la imagen original
• El contraste entre los detalles de cada cada banda parcial
(cada octava) se modifica aplicando una función
• El grado de realce queda controlado por un único parámetro
• El realce diferencial se controla mediante un segundo
parámetro.
• Se vuelven a agregar todas las bandas parciales para crear la
imagen modificada.
• Mediante un refuerzo extra de las subbandas de alta
frecuencia se pueden realzar los bordes aún más los bordes
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Escala de grises asignada
con datos sin procesar
Con los datos procesados y
en gradación
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Datos procesados Musica®
Con los datos procesados
en gradación
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Control
del rango
dinámico
(DRC
(realmente es
una forma de
“realce de
contrastes”
difuminado
Imagen original
Imagen difuminada
Orig + f(difuminado)
imagen
IAEA
DRC
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Obtención de imagen de sustracción con energía
dual: una imagen de baja energía y otra de alta energía
• Two images are acquired
• Weighted combination and subtraction of these
images produces “bone only” and “soft tissue
only “ images
• Quality of images depends on energy separation
Imagen ósea solamente
IAEA
Imagen de tejidos
blandos únicamente
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Imagen convencional frente a
una de DES (dual energy
sustraction)
¿Dónde está la lesión?
¿Está calcificada?
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Para producir una imagen radiográfica le deben llegar al
detector una cantidad suficifiente de rayos x.
• A igualdad de dosis, cuanto menor el tamaño de
píxel, menor será el número de fotones de rayos x
que inciden en cada pixel, y peor será el ruido.
• Cuanto mayor el tamaño de pixel, peor será la
nitidez.
KERMA en aire
(µGy)
Fotones
Ruido
/100m X100m
(%)
0.9
133
8.6
0.09
13
27.4
IAEA
33
Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Compárese el ruido, el límite
de detección al bajo contraste
y las dosis entre estas tres
imágenes
IAEA
9 µGy
Protección radiológica en radiología digital
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L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Compárese el ruido, el límite
de detección al bajo contraste
y las dosis entre estas tres
imágenes
IAEA
3 µGy
Protección radiológica en radiología digital
35
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Compárese el ruido, el límite
de detección al bajo contraste
y las dosis entre estas tres
imágenes
IAEA
0.9 µGy
Protección radiológica en radiología digital
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L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
El procesamiento posterior a la adquisición de imágenes puede
hacer disminuir el ruido. (el término genérico es “reducción de
ruido”)
• Dado que se considera que el ruido contiene
variaciones de alta frecuencia, la atenuación de las
altas frecuencias espaciales puede reducir el ruido.
• Esto es, un “filtro pasa bajos” (filtrar frecuencias altas)
• Este efecto se puede conseguir haciendo uso de la
máscara borrosa
• También se puede reducir ruido con el programa Musica®
• Pero, ¡esto también atenúa detalles clínicos de
pequeño tamaño!
• El coroloario de esto es que si se realzan los
detalles finos tambien se realza el ruido!
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
¡En la optimización de imagen DR no se
puede ignorar la dosis al paciente!
• Para obtener una imagen radiográfica útil para
diagnóstico, tiene que incidir sobre el detector un
número suficiente de rayos X.
• Desgraciadamente, estos rayos X han de pasar a
través del paciente para llegar al detector.
• El principio ALARA dicta se debe realizar el
examen con la dosis al paciente lo más
razonablemente baja.
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
En el procesamiento de la adquisición de
imágenes se plantean ciertas hipótesis sobre:
• Técnica radiográfica
• Composición de la zona anatómica radiografiada
• Utilización de colimación
IAEA
Imágenes con histogramas de escala de grises my diferentes
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
El procesamiento posterior a la adquisición de
imágenes viene controlado por parámetros específicos
del tipo de examen
• Existen literalmente miles de permutaciones
aceptables de configuraciones de
parámetros.
• Los valores extremos pueden tener efectos
dramáticos en la imagen.
• No existe un acuerdo universal sobre cuáles
son los valores óptimos de los parámetros.
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Finalidad auxiliar de procesamiento
de imágenes: mejorar su utilidad
• Superponer datos
•
•
•
•
•
•
demográficos sobre la imagen
Añadir anotaciones
Aplicar máscaras de bordes o
de sombra
Invertir y girar
Aumentar la magnificación
Juntar imágenes (una al lado
de otra)
• Escoliosis
• Pierna completa
Modificar la secuencia de las
vistas
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Imágenes juntadas: método antiguo y
moderno
Nótese la
diferencia de
contraste
entre ambas
películas
Mejor
adaptación
entre
contrastes de
ambas
imágenes
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Funciones inapropiadas del
procesamiento de imagen
• Compensar una técnica
radiográfica inadecuada
• Compensar una deficiente
calibración de la adquisición y
del display de la imagen
• Borrado de imágenes
inaceptables para el diagnóstico
¡La recuperación de imágenes
inaceptables para el diagnóstico
a fin de evitar volver a exponer
al paciente debe ser un último
recurso, no una actividad
habitual!
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
La mala práctica se traduce en malas
imágenes.
La automatización no ha sido
concebida para corregir
•
•
•
•
•
Movimientos de paciente
Inspiración deficiente
Posicionamiento deficiente
Colimación inadecuado
Alineación incorrecta entre el
haz del rayos X y la rejilla
• Realización de un tipo de
examen erróneo
• Examen del paciente erróneo
• Exposición doble
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Es necesario que los técnicos radiológicos
reconozcan los artefactos en la imagen...
• … y adopten las medidas
adecuadas cuando los
artefactos se produzcan
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Conclusiones:
• La calidad de imagen DR se puede describir en
términos convencionales.
• El procesamiento de la imagen DR tiene tres
objetivos:
• Identificar valores de interés y obtener el máximo
contraste
• Modificar el contraste dentro de los valores de interés
• Mejorar la utilizad de la imagen
• No se puede optimizar la calidad de imagen sin
tomar en consideración la dosis al paciente.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L05 Digital Radiographic Image Processing
Responda: correcto o incorrecto
•
•
•
Las imágenes adquiridas con un sistema
DR son independientes de la adquisición
visual
La DR tiene una latitud variable
La resolución espacial de las imágenes de
DR está limitada por las dimensiones del
pixel
IAEA
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L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Respuesta correcta o incorrecta
• Correcto. La adquisición es independiente de la representación
visual (display), los valores codificados en la imagen DR antes
de procesar es independiente del display, a los valores
codificados en la imagen DR sin procesar se les puede asignar
cualquier nivel visual
• Correcto. La DR tiene una latitud extremadamente ancha, es
decir tiene bajo contraste, que está limitado por la latitud del
display
• Correcto. Los factores que influyen son el tamaño del foco de
rayos X, la borrosidad de la DR indirecta (IDR) y de la CR, la
persistencia lumínica y la imprecisión óptica y mecánica en IDR
y CR.
IAEA
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Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Referencias
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Diagnostic Radiology Physics. Samei E and Flynn MJ eds (2003) 71-
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methods. Advances in Digital Radiography: RSNA Categorical Course
in Diagnostic Radiology Physics. Samei E and Flynn MJ eds (2003),6370.
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phosphor: control of detector latitude in chest imaging. Invest Radiol 27
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exposure data recognizer modes in computed radiography. SPIE 2708
(1996),609-616.
IAEA
49
Protección radiológica en radiología digital
L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales
Referencias (continuación)
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unnecessary patient exposure from the use of
storage
phosphor imaging systems. SPIE 1897(1993) 472-479.
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to a higher dose in CR imaging. Proc Eighth European Congress of
Radiology. Vienna Sep 12-17(1993)154.
• Huda W, Slone RM, Belden CJ, Williams JL, Cumming WA, Palmer
CK. Mottle on computed radiographs of the chest in pediatric
patients. Radiology 199 (1996) 249-252.
IAEA
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L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales