Digitalisierung (Signalverarbeitung)
Englisch: digitization
Definition
Die Digitalisierung bezeichnet die Umwandlung eines kontinuierlichen analogen Signals in eine Folge zeitlich oder räumlich diskreter digitaler Werte, die von Computern gespeichert, verarbeitet und dargestellt werden können.
Hintergrund
In der medizinischen Bildgebung entstehen zunächst analoge physikalische Signale, beispielsweise durch die Detektion von Röntgenphotonen, Ultraschallwellen oder MR-Signalen. Diese analogen Signale müssen für die weitere computerbasierte Verarbeitung in digitale Werte umgewandelt werden.
Die Digitalisierung ist eine grundlegende Voraussetzung moderner bildgebender Verfahren. Sie ermöglicht
- digitale Bildrekonstruktion
- Bildverarbeitung
- Archivierung und Übertragung medizinischer Bilddaten
Die Eigenschaften der Digitalisierung beeinflussen maßgeblich Ortsauflösung, Kontrastauflösung und das Auftreten von Artefakten in radiologischen Bildern.
Ablauf
Die Digitalisierung erfolgt typischerweise in zwei Schritten:
- Abtastung des Signals
- Quantisierung der Signalwerte
Anschließend werden die quantisierten Werte digital codiert und gespeichert sowie rekonstruiert und bildverarbeitet.
Abtastung
Bei der Abtastung wird ein kontinuierliches Signal in regelmäßigen Abständen gemessen. Dadurch entsteht eine diskrete Folge von Messwerten. Die Abtastfrequenz bestimmt die maximal darstellbare räumliche oder zeitliche Auflösung. Das Nyquist-Kriterium legt fest, dass die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein muss wie die höchste im Signal enthaltene Frequenz, um Informationsverluste zu vermeiden.
Quantisierung
Bei der Quantisierung werden die gemessenen Signalwerte auf eine endliche Anzahl diskreter Intensitätsstufen abgebildet. Die Anzahl dieser Stufen bestimmt die mögliche Grauwertauflösung eines Bildes.
Aliasing
Ist die Abtastfrequenz zu niedrig, kann es zu Aliasing-Artefakten kommen. Dabei werden hochfrequente Signalanteile fälschlicherweise als niedrigfrequente Signalanteile dargestellt.