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/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 = 1 nit = 0,2919 foot-lamberts (fL) =  apostilbs (asb) För en diffus yta gäller att 1 lux = 1/ cd/m2

Kontrast i en bild

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  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 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 (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) Storlekar (MegaPixel) 1 MP (12801024) ~18” 2 MP (12001600) ~20” 3 MP (15362048) ~21” 5 MP (20482560) ~21” CRT Färg 120 cd/m2 CRT S/V 700 cd/m2 LCD Färg 240 cd/m2 LCD S/V

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-Table IN UT 1 32 2 51 3 64 4 74 … 254 255

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 Varje avvikelse måste korrigeras, denna korrigering läggs vanligen i grafikkortet.

Exempel på LUT lutning ½ 8 bitar IN UT* UT 0 0,0  0 1 0,5  0 2 1,0  1 3 1,5  1 4 2,0  2 5 2,5  2 10 bitar IN UT* UT 0 0,0  0 1 2,0  2 2 4,0  4 3 6,0  6 4 8,0  8 5 10,0  10 * Önskat värde 3 Unika värden 6 Unika värden

8-bitars grafikkort Teoretiskt Verkligt Med ökad kontrast

10-bitars grafikkort Teoretiskt Verkligt Med ökad kontrast

Ändringar per steg 8-bitars grafikkort, 8-bitars skärm Antal steg med 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* Antal steg med jnd > 1,0: 256 jnd > 1,5: 248 jnd > 2,0: 172 *Med inbyggd LUT

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

Sahlgrenskas val av monitorer Hittills 3 avdelningar av 7 har digitaliserats – samtliga avdelningar kommer att vara helt digitala 2005 Läkarnas stationer Barco Coronis 2 MP & 3 MP Svart/Vit LCD Sköterskornas stationer Eizo RadiForce R11 1 MP Färg LCD

Tack för uppmärksamheten!