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 röntgenundersökningar 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/m2
= 0,0929 foot-candles (fc)
Luminans
(ljusstyrka)
En ytas ljusstyrka kallas
luminans och mäts i
cd/m2.
1 cd/m2 = 1 lumen/steradian/m2
För en diffus yta gäller att
1 lux = 1/π cd/m2
= 1 nit
= 0,2919 foot-lamberts (fL)
= π apostilbs (asb)
Kontrast i en bild
L max − L min
C=
L medel
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 bildvisningssystem 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 kontrastfunktion 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 (Digital Driving Level): Används som indata till monitorn.
Luminansvärden: Uppmätta luminansnivåer på monitorn.
OBS! Omvandlingen från DDL till luminans kallas monitorns karakteristiska
funktion och går vanligen inte att justera.
DICOM-kurvan
Antag att varje stegs
ändring i p-värde
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 2-3
dekader.
Om ögat får tid att
anpassa sig kan man
diskriminera mellan
luminanser från 10-6 till 104
cd/m2 (10 dekader).
Betydelsen av ljusstarka
skärmar
Exempel: Min luminans 1,5 cd/m2
120 cd/m2 ger 411 jnd (1,61 per p-värde)
220 cd/m2 ger 496 jnd (1,94 per p-värde)
320 cd/m2 ger 550 jnd (2,16 per p-värde)
Exempel: Min luminans 0,5 cd/m2
120 cd/m2 ger 454 jnd (1,78 per p-värde)
220 cd/m2 ger 539 jnd (2,11 per p-värde)
320 cd/m2 ger 593 jnd (2,32 per p-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)
CRT Färg
CRT S/V
LCD Färg
LCD S/V
120 cd/m2
700 cd/m2
240 cd/m2
700 cd/m2
Storlekar (MegaPixel)
1 MP (1280×1024) ~18”
2 MP (1200×1600) ~20”
3 MP (1536×2048) ~21”
5 MP (2048×2560) ~21”
Kalibrering enligt DICOM 14
Nackdelar
Fördelar
Likartad bild på olika
typer av monitorer
Perceptuellt
lineariserad
bildvisning
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-Table
UT
0
32
51
64
74
…
255
255
300
250
200
UT
IN
0
1
2
3
4
…
254
255
150
100
50
0
0
50
100
150
IN
200
250
300
Val av hårdvara
Låg nivå
Enklaste (och billigaste) varianten är ett grafikkort
och bildskärm av standardtyp.
Kalibreringen kan utföras med “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
Dicom 14
Iiyama
10.0
1.0
0.1
0
50
100
150
200
250
300
Steg #
Varje avvikelse måste korrigeras, denna
korrigering läggs vanligen i grafikkortet.
Exempel på LUT
lutning ½
8 bitar
IN
UT*
0
0,0
1
10 bitar
UT
IN
UT*
⇒
0
0
0,0
⇒
0
0,5
⇒
0
1
2,0
⇒
2
2
1,0
⇒
1
2
4,0
⇒
4
3
1,5
⇒
1
3
6,0
⇒
6
4
2,0
⇒
2
4
8,0
⇒
8
5
2,5
⇒
2
5
10,0
⇒
10
* Önskat värde
3 Unika värden
UT
6 Unika värden
8-bitars grafikkort
8 bitar in - 8 bitar ut
Teoretiskt
2
Luminans (cd/m )
1000
Verkligt
100
10
Med ökad kontrast
1
0
50
100
150
p-värde
200
250
300
10-bitars grafikkort
8 bitar in - 10 bitar ut
Teoretiskt
2
Luminans (cd/m )
1000
Verkligt
100
10
Med ökad kontrast
1
0
50
100
150
p-värde
200
250
300
Ändringar per steg
8-bitars grafikkort, 8-bitars skärm
luminans alt. jnd per steg
7.0
6.0
5.0
4.0
jnd
luminans
3.0
2.0
Antal steg med
1.0
0.0
0
50
100
150
Steg #
200
250
300
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 för kalibrering och sätt datorns 8-bitars
grafikkort till en helt linjär funktion.
Ex: Eizo, Totoku, …
8 bitars LUT: Linjär
10 bitars LUT: DICOM 14
Ändringar per steg
8-bitars grafikkort, 10-bitars skärm*
luminans alt. jnd per steg
7.0
6.0
5.0
4.0
jnd
luminans
3.0
2.0
Antal steg med
1.0
0.0
0
50
100
150
Steg #
*Med inbyggd LUT
200
250
300
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: Gör att skärmen lätt kan vridas 90°
för att användas i både liggande och stående läge.
Administratörsprogram: Möjliggör övervakning via
nätverk.
Vikten av konstant
omgivningsljus
5
4.5
4
jnd / steg
3.5
För låg illuminans jämfört med kalibreringstillfället
ger oproportioneligt hög kontrast i mörka områden
3
2.5
2
1.5
1
För hög illuminans jämfört med kalibreringstillfället
ger dålig (ingen synbar) kontrast i mörka områden
0.5
0
0
50
100
150
Steg #
200
250
300
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!
