Skjermteknologi: Hvordan sikre diagnostisk bildekvalitet ved visning av bilder i PACS? Patrik Sund MFT/Diagnostik Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Sahlgrenska Universitetssjukhuset, Göteborg, Sverige 2700 vårdplatser Bassjukvård för 800 000 invånare Specialistvård för 1,7 miljoner inv. 17 000 anställda 800 röntgenunder- sökningar per dag
Varför bry sig om monitorer? Monitorer är länken mellan människa och PACS Skulle vi acceptera samma variationer hos framkallningsmaskiner som vi gör hos monitorer?
Bakgrund Hur kan man säkerställa att en bild ser likadan ut överallt där den visas? Hur optimerar man bildvisningen till det mänskliga synsystemet? Monitorer har olika ljusstyrka och står i rum med olika bakgrundsbelysning.
Problem Till vänster: Visning på ett bildvisningssystem med kontrast anpassad efter bilden/objektet Till höger: Samma bild på ett annat system med annan gråskala. Resultat: Ingen eller dålig kontrastupplösning God synbarhet Dålig synbarhet
Illuminans (belysning) Infallande ljus på en yta kallas illuminans och mäts i lux. 1 lux= = 1 lumen/m 2 = 0,0929 foot-candles (fc)
Luminans (ljusstyrka) En ytas ljusstyrka kallas luminans och mäts i cd/m 2. För en diffus yta gäller att 1 lux = 1/π cd/m 2 1 cd/m 2 = 1 lumen/steradian/m 2 = 1 nit = 0,2919 foot-lamberts (fl) = π apostilbs (asb)
Kontrast i en bild C = L max L L medel min
SMPTE-testbild Att anpassa en bild så god kontrast uppnås lokalt är lätt, det är mycket svårare att globalt få god kontrast i både ljusa och mörka områden samtidigt.
Ögats upplösningsförmåga φ Ögat uppfattar variationer i luminans som funktion av betraktningsvinkel. lp/mm = 57,3 (lp/grad) / betraktningsavstånd (mm)
Minsta detekterbara kontrast Vid hög luminansnivå kan man se objekt med liten kontrast medan det vid låg luminansnivå krävs högre kontrast.
Ögats frekvensberoende För en given kontrast gäller att det krävs högre luminans för att se höga spatiella frekvenser än det krävs för att se låga spatiella frekvenser.
Perceptuell linearisering För att få en likvärdig kontrastupplevelse i såväl ljusa som mörka delar av bilden krävs att man anpassar bildvisningen till den mänskliga synförmågan. Ett sådant system sägs vara perceptuellt lineariserat.. På detta sätt utnyttjas även antalet gråskalevärden i ett bildvisnings- system på ett effektivare sätt. Det vanligaste sättet finns beskrivet i DICOM-standarden, Part 14: Grayscale Standard Display Function.
Syfte och princip med DICOM 14 Syfte: Att erbjuda en metod att objektivt och kvantitativt presentera digitala bilddata med en specificerad kontrast- funktion för att digitala bilders kontrast skall bli oberoende av visningsmedium Princip: DICOM 14 specificerar en funktion som relaterar pixelvärden till visade luminansnivåer DICOM 14 baseras på mätningar och modeller av hur det mänskliga ögat uppfattar ljus och kontrast
Förklaringar Pixelvärde (gråskalevärde):: Grunddata från bildutrustningen P-värde (presentationsvärde): : Resultatet av att applicera window/level,, kantförstärkning m.m på pixelvärdena. DDL DL (Digital Driving Level): : Används som indata till monitorn. Luminansvärden: : Uppmätta luminansnivåer på monitorn. OBS! Omvandlingen från DDL till luminans kallas monitorns karakteristiska
DICOM-kurvan Antag att varje stegs ändring i p-värde p motsvarar en ändring i luminans som är lika med den minsta detekterbara kontrasten. Varje stegs ändring på x-axeln kallas då en JND (Just Noticable Difference)
Bildens dynamiska område DICOM-kurvan är framtagen då man studerar (i princip) en luminansnivå i taget. Vid betraktning av en bild utsätts ögat för många luminansnivåer samtidigt.
Ögats dynamiska område Bäst känslighet fås vid den luminansnivå som ögat för tillfället är anpassat till. Det dynamiska området vid ett och samma tillfälle är 2-32 dekader. Om ögat får tid att anpassa sig kan man diskriminera mellan luminanser från 10-6 till 10 4 2
Betydelsen av ljusstarka skärmar Exempel: : Min luminans 1,5 cd/m 2 120 cd/m 2 ger 411 jnd (1,61 per p-värdep värde) 220 cd/m 2 ger 496 jnd (1,94 per p-värdep värde) 320 cd/m 2 ger 550 jnd (2,16 per p-värdep värde) Exempel: : Min luminans 0,5 cd/m 2 120 cd/m 2 ger 454 jnd (1,78 per p-värdep värde) 220 cd/m 2 ger 539 jnd (2,11 per p-värdep värde) 320 cd/m 2 ger 593 jnd (2,32 per p-värdep värde)
Minsta möjliga luminans Beror av: Intern ljusspridning i skärmen Externa reflexioner omgivningsljus reflexionsegenskaper LCD bättre än CRT i båda fallen
Olika skärmars storlek och ljusstyrka Maximal ljusstyrka (ungefärlig) Storlekar (MegaPixel( MegaPixel) CRT Färg CRT S/V LCD Färg LCD S/V 120 cd/m 2 700 cd/m 2 240 cd/m 2 700 cd/m 2 1 MP (1280 1024) 1024) ~18 2 MP (1200 1600) 1600) ~20 3 MP (1536 2048) ~21 5 MP (2048 2560) 2560) ~21
Kalibrering enligt DICOM 14 Fördelar Likartad bild på olika typer av monitorer Perceptuellt lineariserad bildvisning Nackdelar Kan ge viss förlust i antalet unika gråskalevärden
Grafikkort Precisionen i utsignalen från ett grafikkort är inte obetydlig vid kalibrering av monitorer!
Exempel på LUT Look-Up Up-Table IN 0 1 2 3 4 254 255 UT 0 32 51 64 74 255 255 UT 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 300 IN
Val av hårdvara Låg nivå Enklaste (och billigaste) varianten är ett grafikkort och bildskärm av standardtyp. Kalibreringen kan utföras med vanlig vanlig utrustning (ex: VeriLUM) Resulterar i viss förlust av gråskalenivåer 8 bitars LUT: DICOM 14 8 bitars skärm: Ingen LUT
Karakteristisk funktion 1000.0 100.0 10.0 Dicom 14 Iiyama 1.0 0.1 0 50 100 150 200 250 300 Steg # Varje avvikelse måste korrigeras, denna korrigering läggs vanligen i grafikkortet.
IN UT* Exempel på LUT 8 bitar 0 0,0 0 1 0,5 0 2 1,0 1 3 1,5 1 4 2,0 2 5 2,5 2 lutning ½ UT IN UT* 10 bitar 0 0,0 0 1 2,0 2 2 4,0 4 3 6,0 6 4 8,0 8 UT 5 10,0 10 * Önskat värde 3 Unika värden 6 Unika värden
8-bitars grafikkort 1000 8 bitar in - 8 bitar ut Teoretiskt Luminans (cd/m 2 ) 100 10 Med ökad kontrast Verkligt 1 0 50 100 150 200 250 300 p-värde
10-bitars grafikkort 1000 8 bitar in - 10 bitar ut Teoretiskt Luminans (cd/m 2 ) 100 10 Med ökad kontrast Verkligt 1 0 50 100 150 200 250 300 p-värde
Ändringar per steg 8-bitars grafikkort,, 8-bitars 8 skärm 7.0 luminans alt. jnd per steg 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 jnd luminans Antal steg med 0.0 0 50 100 150 200 250 300 Steg # jnd > 1,0: 221 jnd > 1,5: 217 jnd > 2,0: 178
Val av hårdvara Mellannivå Idag finns platta skärmar med interna 10-bitars LUT Använd nd för f r kalibrering och sätt s datorns 8-bitars grafikkort till en helt linjär r funktion. Ex: Eizo,, Totoku, 8 bitars LUT: Linjär 10 bitars LUT: DICOM 14
Ändringar per steg 8-bitars grafikkort,, 10-bitars skärm* 7.0 luminans alt. jnd per steg 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 jnd luminans Antal steg med 0.0 0 50 100 150 200 250 300 Steg # jnd > 1,0: 256 jnd > 1,5: 248 jnd > 2,0: 172
Val av hårdvara Mellannivå OBS! Se till att grafikkortets LUT inte ändras av övriga programvaror på datorn (Gäller även låg nivå) Kräver kalibrator anpassad till just den skärmen. Vanligt med extern kalibrator. Generellt sett likvärdig bildkvalitet som Hög nivå, kräver dock mer av teknisk personal. 8 bitars LUT: Linjär 10 bitars LUT: DICOM 14
Val av hårdvara Hög nivå Integrerat paket med grafikkort, bildskärm, inbyggd kalibrator och mjukvara allt anpassat för att fungera tillsammans. Mjukvaran säkerställer kalibreringen kontinuerligt. Ex: Barco,, Dome, 10 bitars LUT: DICOM 14 Skärm anpassad till grafikkortet Inbyggd kalibrator
Övriga finesser Ljusstabilisator: : Justerar snabbt ljusstyrkan till en konstant nivå även vid uppstart av kall bildskärm. Låsbara inställningar: : Förhindrar ändring av kontrast och ljusstyrka vilket skulle förstöra kalibreringen. Pivot-funktion funktion: : Gör att skärmen lätt kan vridas 90 för r att användas ndas i både b liggande och stående läge. l Administratörsprogram rsprogram: : MöjliggM jliggör övervakning via nätverk.
Vikten av konstant omgivningsljus jnd / steg 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 För låg illuminans jämfört med kalibreringstillfället ger oproportioneligt hög kontrast i mörka områden För hög illuminans jämfört med kalibreringstillfället ger dålig (ingen synbar) kontrast i mörka områden 0 50 100 150 200 250 300 Steg #
Sahlgrenskas val av monitorer Hittills 3 avdelningar av 7 har digitaliserats samtliga avdelningar kommer att vara helt digitala 2005 Läkarnas stationer Sköterskornas stationer Barco Coronis 2 MP & 3 MP Eizo RadiForce R11 1 MP Svart/Vit LCD Färg LCD
Tack för uppmärksamheten!