Metody oceny monitorów przeznaczonych do prezentacji obrazów medycznych

Transkrypt

1 Metody oceny monitorów przeznaczonych do prezentacji obrazów medycznych Witold Skrzyński Methods of assessment of medical display devices Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie, ul. Roentgena 5, Warszawa, tel./fax , w.skrzynski@zfm.coi.pl Wprowadzenie Kontrola jakości w obrazowaniu medycznym powinna dotyczyć wszystkich elementów wpływających na jakość obrazu: aparatury rejestrującej obraz oraz urządzeń do jego prezentacji. W tradycyjnej radiografii nośnikiem obrazu jest błona rentgenowska, a kontroli podlegają m.in. negatoskopy. W przypadku obrazowania cyfrowego zasadniczy wpływ na jakość obrazu mają monitory stosowane do jego wyświetlania. Zagadnienie kontroli monitorów stosowanych do prezentacji obrazów medycznych jest poruszane w wielu publikacjach. W raporcie AAPM (American Association of Physicists in Medicine) bardzo szeroko omówiono tematy, w tym metody oceny poszczególnych parametrów oraz kryteria akceptacji wyników [1]. Kontrola monitorów jest zalecana w programach kontroli jakości cyfrowych technik obrazowania medycznego, szczególnie cyfrowej mammografii [2-5]. Polskie prawodawstwo formułuje wymagania dotyczące monitorów i stacji opisowych [6]. W pracy przedstawiono metody oceny istotnych parametrów określających jakość prezentacji obrazu na monitorach opisowych i przeglądowych. Omówiono wyposażenie do kontroli monitorów oraz stosowaną klasyfikację monitorów. Klasyfikacja monitorów Wymagania dotyczące monitorów są zróżnicowane w zależności od celu prezentacji obrazu (interpretacja lub przegląd), techniki obrazowania (np. mammografia lub radiografia) i konstrukcji monitora (np. kineskopowy lub ciekłokrystaliczny). Podział ze względu na cel prezentacji obrazu Zazwyczaj przyjmuje się dwuklasowy podział stanowisk do prezentacji obrazów medycznych. Stanowiska 46 Rys. 1 Uniwersalne obrazy testowe: po lewej stronie SMPTE Test Pattern [12], po prawej stronie TG18 QC [1] W Streszczenie pracy przedstawiono przegląd metod oceny wybranych parametrów monitorów przeznaczonych do prezentacji obrazów medycznych. Omówiono stosowane klasyfikacje monitorów. Słowa kluczowe: monitory, kontrola jakości, DICOM GSDF M Abstract ethods of assessment of selected parameters of medical display devices are presented in the paper. The short discussion of classifications schemes of the displays, is introduced. Key words: medical display devices, quality control, DICOM GSDF otrzymano / received: poprawiono / corrected: zaakceptowano / accepted:

2 standardy \ standards artykuł naukowy \ scientific paper opisowe, tzw. diagnostyczne, klasy A (diagnostic, primary) są wykorzystywane do interpretacji obrazów, stawiania diagnozy lub opisu wyniku badania. Stanowiska przeglądowe, tzw. kliniczne, klasy B (clinical, secondary) stosuje się do przeglądania obrazów medycznych. Podział ze względu na techniki obrazowania Kontrastowość i rozdzielczość monitorów stosowanych do prezentacji obrazów ultrasonograficznych lub z zakresu medycyny nuklearnej może być niższa niż w przypadku cyfrowej radiografii ogólnej ze względu na niższą jakość samych obrazów (mniejsza ilość informacji w obrazie, wyższy poziom szumu). Brettle przedstawił przykład zróżnicowania wymagań w zależności od techniki obrazowania, w którym wprowadzono trzy klasy monitorów opisowych: stosowanych w mammografii (klasa A+), radiografii ogólnej (klasa A) i pozostałych technikach obrazowania, m.in. rezonansie magnetycznym, USG i PET (klasa B) [7]. Podział ze względu na konstrukcję monitora Przez wiele lat do prezentacji obrazów medycznych stosowano przede wszystkim monitory kineskopowe CRT (Cathode Ray Tubes). Obecnie technologia ta została już praktycznie wyparta przez monitory ciekłokrystaliczne LCD (Liquid Crystal Displays). Oczywiście wymagania stawiane jakości obrazów medycznych nie zależą od technologii, w jakiej wykonano urządzenie zastosowane do ich prezentacji. Jednak charakterystyczne cechy poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych powodują, że w różnym stopniu spełniają one poszczególne wymagania. Monitory kineskopowe, choć wychodzące z zużycia, mogą być z powodzeniem stosowane do oceny obrazów medycznych. Wykrywalność zmian chorobowych w obrazach mammograficznych jest identyczna w przypadku monitorów ciekłokrystalicznych, jak i kineskopowych [8]. Niejednoznaczność klasyfikacji Wymagania, zalecenia czy klasyfikacje dotyczące monitorów nie zawsze obejmują wszystkie ich zastosowania i pozwalają na jednoznaczne przyporządkowanie monitora do określonej klasy. Podział na monitory opisowe i przeglądowe nie zawsze jest wystarczający do właściwego przypisania pożądanego poziomu jakości obrazu do monitora. W zaleceniach AAPM podział ten nie jest stosowany konsekwentnie [1]. Monitory zainstalowane przy stacjach do akwizycji obrazu, wykorzystywane do modyfikacji kontrastu/jasności obrazu przed ich wysłaniem do sieci PACS lub wydrukiem, powinny spełniać wymagania określone dla monitorów opisowych w zakresie charakterystyki krzywej luminancji [1]. Zatem zalecenia AAPM sugerują wprowadzenie trzeciej, pośredniej klasy monitorów niewykorzystywanej do diagnozy, lecz do celów mogących mieć wpływ na jakość obrazu podczas jego prezentacji na innych urządzeniach. Definicja monitorów do interpretacji obrazu nie jest jednoznaczna. Bez wątpienia interpretacją obrazu jest stawianie na jego podstawie diagnozy. Jako interpretację obrazu można jednak traktować także inne czynności, np.: podjęcie decyzji o zaakceptowaniu obrazu lub konieczności powtórzenia badania (dokonywane na stanowiskach do akwizycji obrazu), wyznaczenie zakresu właściwego badania obrazowego na podstawie zarejestrowanego obrazu lokalizacyjnego (planowanie serii skanów w rentgenowskiej tomografii komputerowej), planowanie lub kontrola przebiegu zabiegu chirurgicznego/ ortopedycznego, planowanie lub kontrola przebiegu radioterapii. Zalecenia związane z jakością prezentacji obrazu dotyczą zwykle diagnostycznych zastosowań obrazowania, a przedstawiane w nich wymagania i klasyfikacje nie obejmują np. planowania radioterapii. Wydaje się jednak, że obrysowywanie zmiany nowotworowej czy narządów krytycznych na przekrojach tomograficznych jest bardziej interpretacją obrazu niż jego przeglądem. Kształt i wielkość konturów wrysowanych przez różne osoby różnią się [9, 10]. Różnice można ograniczyć, stosując określone procedury obrysowywania, które precyzują m.in. ustawienia okna szarości [11]. Pożądany efekt nie zostanie jednak osiągnięty, jeśli pomimo identycznych ustawień ten sam obraz będzie na różnych monitorach wyglądał inaczej. Wydaje się zatem, że jakość prezentacji obrazu jest istotna także dla stanowisk wykorzystywanych do konturowania w radioterapii. Obowiązujące w Polsce wymagania dotyczące opisu i przeglądu obrazów rejestrowanych w postaci cyfrowej określono w załączniku nr 1 do rozporządzenia Ministra Zdrowia w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej [6]. Ze względu na charakter rozporządzenia wymagania te są jednak ograniczone tylko do technik obrazowania wykorzystujących promieniowanie jonizujące nie dotyczą np. rezonansu magnetycznego czy ultrasonografii. Szczegółowe wymagania określone są jedynie dla rentgenodiagnostyki (oddzielnie dla radiografii ogólnej, mammografii, tomografii itp.), pominięta jest natomiast medycyna nuklearna. Nie jest więc jasne, czy i który zestaw wymagań powinny spełniać monitory, na których opisywane są np. badania PET. Przy określaniu wymagań przyjęto podział stanowisk na opisowe i przeglądowe, podział ten nie jest jednak wyjaśniony. Cytowany załącznik zawiera jedynie określenie roli stanowisk opisowych dla radiologii ogólnej, a mianowicie: radiologiczne obrazy cyfrowe, otrzymywane zarówno w cyfrowej radiografii pośredniej (CR), jak i bezpośredniej (DDR) mogą być interpretowane jedynie za pomocą przeznaczonych do tego celu stanowisk opisowych. Wyposażenie do kontroli monitorów Obrazy testowe Do oceny pracy monitorów stosuje się zazwyczaj dedykowane obrazy testowe. Możliwość ich wyświetlenia na danej stacji może być realizowana na różne sposoby. Jednym z rozwiązań jest wykorzystanie osobnego oprogramowania do kontroli jakości monitorów, innym przypisanie obrazów testowych do fikcyjnego pacjenta. Obrazy testowe mogą być wprowadzone do systemu przez użytkownika lub udostępnione przez producenta danej stacji. Na rysunku 1 przedstawiono dwa najpopularniejsze uniwersalne obrazy testowe: SMPTE Test Pattern [12] oraz TG18 QC [1]. Każdy z obrazów zawiera: wzory do oceny poprawności geometrycznej obrazu w postaci siatki pionowych i poziomych linii, wzory do oceny rozdzielczości w pięciu pozycjach obrazu (cztery narożniki i środek) pionowe i poziome naprzemiennie ułożone linie świecących (100%) i zgaszonych (0%) pikseli, kwadratowe pola do oceny poprawności odwzorowania skali szarości (SMPTE 11 różnych poziomów szarości, TG18 QC 16 poziomów), dodatkowo po dwa pola o wartościach 5% i 95% ( czarne na czarnym i białe na białym ). Obraz SMPTE stworzono w latach osiemdziesiątych XX wieku. Pierwotnie był przeznaczony do oceny jakości obrazu wyświetlanego na monitorach kineskopowych i reprodukowanego na filmie lub papierze [13]. Obraz TG18 QC zaproponowano w raporcie AAPM [1] jako jeden z wielu obrazów testowych serii TG18, przeznaczonych do oceny jakości prezentacji cyfrowych obrazów medycznych. Obraz ten zawiera wiele dodatkowych struktur testowych, są to m.in. gradienty szarości, wzory Cx do oceny rozdzielczości, niskokontrasto- 46 vol. 1 2/2012 Inżynier i Fizyk Medyczny

3 we napisy QUALITY CONTROL oraz niskokontrastowe kwadraciki w rogach 16 pól do oceny skali szarości. Inne obrazy TG18 to m.in.: seria obrazów TG18-LN12 przeznaczonych do oceny krzywej luminancji, przeznaczone do oceny jednorodności luminancji obrazy serii TG18-UNL, obrazy TG18-AD i TG18-CT zawierające struktury niskokontrastowe, obrazy przeznaczone do oceny rozdzielczości różnymi metodami: TG18-PX, TG18-CX, TG18-LPV, TG18-LPH, obrazy anatomiczne TG18-CH, TG18-MM, TG18-KN. Informacje o wszystkich obrazach serii TG18 oraz sposobie ich wykorzystania podano w raporcie AAPM [1]. Obrazy testowe są dostępne w różnych rozmiarach (wyrażonych liczbą pikseli, np ) oraz różnych głębiach szarości (liczbie bitów na piksel obrazu). Rozmiar obrazu powinien być dobrany tak, by przy powiększeniu 1:1 (jeden piksel obrazu na jeden piksel monitora) zajmował cały ekran, bądź cały obszar wykorzystywany do przeglądania obrazów medycznych. Często spotykane są obrazy o zmodyfikowanych proporcjach boków, dostosowanych do rozmiarów ekranu (tzn. prostokątne zamiast kwadratowych). Przy wyświetlaniu obrazu ważne jest zachowanie odpowiedniego okna skali szarości. Dla uniwersalnych obrazów testowych SMPTE i TG18 QC okno skali szarości programu powinno być ustawione tak, by zakres wartości obrazowych pokrywał cały zakres możliwych wartości pikseli (np. środek okna 2048, szerokość okna 4096 dla obrazu 16 bitowego). Dla niektórych obrazów właściwe są nieco inne ustawienia, np. dla 16 bitowych obrazów serii TG18-LN właściwym ustawieniem jest środek okna 2040 i szerokość okna W przypadku obrazów w formacie DICOM sugerowane ustawienie skali szarości jest zapisane w odpowiednich znacznikach nagłówka pliku. Niektóre programy nie wykorzystują jednak tej informacji, lecz automatycznie dopasowują okno skali szarości do zakresu wartości pikseli faktycznie występującego w danym obrazie, w celu poprawienia kontrastowości wyświetlanego obrazu. W przypadku obrazów SMPTE i TG18 QC nie jest to problemem, ponieważ wartości pikseli w tych obrazach pokrywają pełen możliwy zakres. W przypadku innych obrazów (np. obrazy serii TG18-LN, rys. 2) może to doprowadzić do nieprawidłowego wyświetlenia obrazu. w których celem jest ocena zależności kątowych. Kierunek obserwacji powinien być prostopadły do powierzchni ekranu zarówno podczas testów, jak i normalnej pracy z monitorem. W przypadku jednoczesnego korzystania z większej liczby monitorów warunek ten dotyczy każdego z nich, dlatego dwa monitory ustawione obok siebie i podłączone do jednej stacji powinny być ustawione w stosunku do siebie pod niewielkim kątem. Podawany przez producentów zakres kątów zalecanych dla monitora, sięgający często nawet ±170, zapewnia jedynie czytelność czarnego tekstu na białym tle. Dla współczesnych opisowych monitorów ciekłokrystalicznych typowy zakres kątów, dla których spełnione są wymagania określone przez AAPM dotyczące oceny obrazów medycznych, wynosi zaledwie [15]. Dla monitora o przekątnej wynoszącej 20 cali i obserwatora siedzącego na wprost środka monitora w odległości wynoszącej 40 cm, kąt obserwacji obszarów narożnych przekracza 30. Oznacza to, że ze względu na silną zależność luminancji monitora ciekłokrystalicznego od kąta obserwacji obraz w rogach monitora ciekłokrystalicznego może mieć kontrast niższy od zalecanego. Dość prosta metoda oceny zakresu kątów, przy jakich można pracować z danym monitorem, polega na ocenie widoczności struktur niskokontrastowych w obrazie TG18-CT. W niektórych przypadkach użytkownik nie ma nawet przy współpracy serwisu możliwości wyświetlenia na monitorze właściwego obrazu testowego. W szczególności niektóre aparaty do prześwietleń czy ultrasonografii nie umożliwiają wprowadzenia do pamięci bądź przechowywania obrazów z zewnątrz. Często możliwe jest bezpośrednie podłączenie ocenianego monitora do generatora obrazów testowych lub komputera. W takim przypadku obraz nie jest wyświetlany za pomocą oprogramowania i karty graficznej badanej stacji, przez to wynik testu może nie być reprezentatywny. Niekiedy jedynym rozwiązaniem jest przeprowadzenie uproszczonej oceny za pomocą obrazów wyświetlanych na monitorze podczas normalnej pracy. Jeśli wyświetlany na monitorze obraz zawiera linie (np. obramowanie), można je wykorzystać do oceny zniekształceń geometrycznych. Rozdzielczość można kontrolować, oceniając ostrość jasnych znaków (liter, cyfr) wyświetlanych na ciemnym tle. Maksymalną i minimalną luminancję monitora można w wielu przypadkach ocenić, rejestrując obraz prześwietlony i niedoświetlony lub odpowiednio dopasowując skalę szarości wyświetlanego obrazu. Jeśli urządzenie dysponuje możliwością trwałego przechowywania obrazów w pamięci, dobrym testem może być regularna wzrokowa ocena jakości zapisanego obrazu klinicznego. Miernik luminancji i iluminancji Rys. 2 Kilka obrazów z serii TG18 LN [1] do pomiaru krzywej luminancji. Na górze: obrazy wyświetlone prawidłowo, z ustawieniem środka/szerokości okna skali szarości zgodnie z wartościami sugerowanymi (w tym przypadku 2040/4080). Na dole: te same obrazy wyświetlone nieprawidłowo, z ustawieniami okna dobranymi automatycznie przez oprogramowanie stacji opisowej. Można temu zapobiec, dodając w rogu obrazu testowego po jednym pikselu o minimalnej i maksymalnej pożądanej wartości (np. 0 i 4080). Zmodyfikowane w ten sposób obrazy serii TG18 zostały opublikowane przez EUREF (European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services) [14]. Również na stronach internetowych EUREF znajdują się obrazy TG18 zmodyfikowane poprzez dodanie w odpowiednich znacznikach plików DICOM informacji, że są one obrazami mammograficznymi. Modyfikacja ta pozwala na wprowadzenie obrazów do oprogramowania stacji opisowych, przeznaczonych wyłącznie do mammografii. Podczas testów obrazy powinny być obserwowane z kierunku prostopadłego do powierzchni ekranu z wyjątkiem sytuacji, Jasność światła emitowanego z powierzchni nazywana jest luminancją, a jej podstawową jednostką jest cd/m². Osoba pracująca z monitorem nie obserwuje luminancji samego monitora, a łączną luminancję L =L+L amb. Wartość L wynika z zsumowania światła emitowanego przez sam monitor (L) oraz odbitego od jego powierzchni światła, z innych źródeł (L amb ) np. innych monitorów, negatoskopów itp. Obie wielkości (L i L ) należy wyraźnie rozróżnić. Luminancja samego monitora L i wyznaczane na jej podstawie wielkości pochodne (np. L max /L min ) stanowią informację o charakterystyce monitora i mogą być wykorzystane do oceny zgodności parametrów monitora ze specyfikacją. Łączna luminancja L i oparte na niej wielkości stanowią informację o charakterystyce monitora umieszczonego w określonych warunkach oświetleniowych, czyli o rzeczywistej jakości obserwowanego obrazu. Zarówno cytowany raport AAPM [1], jak i zalecenia dotyczące mammografii cyfrowej [2-4] mówią wprost o ocenie kontrastu i krzywej luminancji w oparciu o pomiary L, a nie L. 47

4 standardy \ standards artykuł naukowy \ scientific paper Do pomiaru obu wielkości stosuje się dwie grupy mierników luminancji (rys. 3): detektor przykładany bezpośrednio do powierzchni monitora, mierzący wyłącznie światło emitowane przez sam monitor (L), detektor teleskopowy (pomiar z pewnej odległości) mierzący łącznie światło emitowane oraz odbite od powierzchni monitora (L ). Rys. 3 Po lewej stronie: pomiar luminancji detektorem przykładanym do powierzchni monitora; rejestrowana jest wyłącznie luminancja samego monitora (L). Układ detekcyjny zabezpieczony przed dopływem światła z innych źródeł czarną gąbką. Urządzenie wyposażone w detektor iluminancji (okrągłe białe pole). Po prawej stronie: pomiar luminancji z układem detekcyjnym umieszczonym w stałej, określonej odległości od powierzchni monitora (detektor teleskopowy). Rejestrowana jest łączna luminancja (L ), na którą składają się światło emitowane przez monitor (L) oraz odbite od jego powierzchni światło pochodzące z innych źródeł (L amb ). Jednocześnie mierzona może być także iluminancja (oświetlenie) powierzchni monitora (okrągły biały detektor nad wyświetlaczem). Teleskopowy miernik można wykorzystać do pomiaru L pod warunkiem wykonania pomiarów w całkowicie zaciemnionym pomieszczeniu, czyli przy braku innych źródeł światła poza samym monitorem (w takiej sytuacji L amb wynosi 0). Z kolei miernik przykładany do powierzchni monitora można wykorzystać do pośredniego pomiaru L, mierząc luminancję L i dodając do niej luminancję światła odbitego L amb. Wartość L amb wyznacza się, wyłączając monitor i odsuwając miernik od powierzchni monitora na taką odległość, aby mierzył luminancję docierającą z jak największego obszaru ekranu monitora, ale nie spoza tego obszaru (odległość ta zależy od kąta widzenia danego detektora [4], w brytyjskich zaleceniach dotyczących mammografii [2] proponowana jest odległość 30 cm). Oprócz samych mierników dostępne są także zestawy do kontroli i kalibracji monitorów, w skład których wchodzić może np. oprogramowanie instalowane na stacji opisowej oraz miernik luminancji komunikujący się ze stacją opisową przez port USB. Zestawy takie mogą być wykorzystywane do kontroli monitorów pod warunkiem, że użytkownik jest w stanie niezależnie zweryfikować wiarygodność ich działania. Jeśli chodzi o starsze typy monitorów, należy pamiętać o ich wcześniejszym włączeniu (na około pół godziny przed rozpoczęciem pomiarów). Konieczność taka wynika z długiego czasu pomiędzy włączeniem monitora a osiągnięciem przez niego stabilnego poziomu luminancji, wynikającego np. z nagrzewania jarzeniówek podświetlających matrycę LCD. Dla współczesnych monitorów medycznych czas stabilizacji po uruchomieniu wynosi często zaledwie kilka bądź kilkanaście sekund. Jest to możliwe dzięki wyposażeniu monitorów we wbudowane czujniki jasności. Informacja z czujnika jest wykorzystywana do sterowania jasnością podświetlenia, co pozwala na szybką stabilizację jasności monitora na pewnym zadanym poziomie (niższym niż maksymalny możliwy). Podczas oceny warunków oświetleniowych wykonuje się także pomiary iluminancji, czyli natężenia oświetlenia powierzchni (np. monitora). Jednostką iluminancji jest lux (1 lx = W/m²), dlatego mierniki iluminancji są także nazywane luksomierzami. Zazwyczaj stosowane są mierniki uniwersalne, pozwalające na pomiar obu wielkości (luminancji i iluminancji). Metody oceny Zniekształcenia geometryczne Do oceny zniekształceń wykorzystuje się obraz testowy zawierający siatkę równoległych pionowych i poziomych linii, rozmieszczonych w równych odległościach (np. SMPTE lub TG18 QC). Długości poszczególnych linii (poziomych i pionowych, w różnych obszarach obrazu) zmierzone miarką przyłożoną do powierzchni monitora powinny być ze sobą zgodne. Należy pamiętać, że obraz jest wyświetlany na pewnej głębokości pod zewnętrzną powierzchnią ekranu, dlatego dla uniknięcia efektu paralaksy, odczytując odległości, należy zawsze patrzeć na miarkę prostopadle do powierzchni monitora. Przykładając miarkę, należy uważać na to, by nie uszkodzić powierzchni ekranu. Dla monitorów kineskopowych obecność niewielkich zniekształceń jest regułą, możliwe są też różne odchylenia w różnych miejscach ekranu. W tego typu monitorach zazwyczaj istnieje możliwość regulacji powiększenia czy korekcji zniekształceń. Zmiana tych parametrów może mieć wpływ na luminancję monitora, zatem ich regulacja pociąga za sobą konieczność weryfikacji parametrów związanych z luminancją. Konstrukcja monitorów ciekłokrystalicznych praktycznie wyklucza możliwość wystąpienia zniekształceń obrazu, możliwe są jedynie przekłamania wynikające z błędnej konfiguracji trybu graficznego. Przesłanie z komputera obrazu o rozdzielczości na monitor o matrycy powoduje, że obraz o proporcjach boków 5:3 zostaje rozciągnięty do proporcji 4:3. Sytuacja taka jest mało prawdopodobna w przypadku monitorów będących częścią dedykowanych stacji medycznych, nie można jej jednak z góry wykluczyć. Rozdzielczość Rozdzielczość obrazu może być rozumiana jako minimalna odległość między dwoma punktami, przy której jeszcze możliwe jest ich rozróżnienie. Dla obrazu wyświetlanego na monitorze odległość ta jest w naturalny sposób ograniczona rozmiarem piksela. W najprostszej wzrokowej ocenie rozdzielczości wykorzystuje się wzory zawarte w uniwersalnych obrazach testowych z naprzemiennie ułożonych białych i czarnych linii szerokości jednego piksela. Poziome i pionowe wzory znajdują się w kilku obszarach obrazu (w środku i w narożnikach). Wszystkie linie powinny być wyraźnie rozróżnialne i podobnej szerokości. W przypadku monitorów kolorowych, na wzorach do oceny rozdzielczości nie powinno być przebarwień. Oprócz uniwersalnych obrazów testowych, w ocenie rozdzielczości wykorzystywane są także obrazy testowe zawierające pionowe lub poziome linie o szerokości jednego piksela na całej swojej powierzchni, takie jak np. obrazy serii TG18 LPV i TG18 LPH (poszczególne obrazy w każdej z serii różnią się od siebie luminancją). Oceniając czytelność wzorów do oceny rozdzielczości, można posłużyć się szkłem powiększającym, ponieważ ograniczona rozdzielczość ludzkiego oka może nie pozwolić na dostrzeżenie pojedynczych pikseli. Najmniejszy kąt widzenia, przy którym oko jest w stanie rozróżnić dwa punkty, wynosi około jednej minuty kątowej (1/60 stopnia). Jeśli oko znajduje się 50 cm od monitora, jest w stanie rozróżnić punkty rozdzielone o około 150 μm. Odległość ta jest zbliżona do wielkości piksela nowoczesnego monochromatycznego wyświetlacza ciekłokrystalicznego. Obraz testowy TG18-QC umożliwia także ocenę rozdzielczości inną metodą, poprzez porównanie czytelności wzorów w kształcie liter Cx umieszczonych w środku i w rogach obrazu ze wstawionymi w centralnej części obrazu wzorcami oznaczonymi cyframi od 2 do 9 (rys. 4). 48 vol. 1 2/2012 Inżynier i Fizyk Medyczny

5 Rys. 4 Wzory Cx do oceny rozdzielczości (oznaczone strzałką) oraz wzorce odniesienia oznaczone cyframi od 0 do 3 (fragment obrazu testowego TG18-QC) [1] Zgodnie z zaleceniami AAPM dla monitorów opisowych czytelność wzorów powinna odpowiadać któremuś z wzorców oznaczonych cyframi od 0 do 4, dla monitorów przeglądowych od 0 do 6 [1]. Jednorodność rozdzielczości na całym ekranie można ocenić, wyświetlając na nim obraz testowy zawierający wzory Cx na całej powierzchni (TG18-CX). Inną metodą oceny rozdzielczości jest ocena kształtu i wielkości pikseli. Wymaga ona zastosowania obrazu testowego zawierającego pojedyncze świecące piksele na ciemnym tle (np. TG18 PX) oraz lupy ze skalą do odczytywania odległości z wystarczająco dokładną podziałką (przynajmniej co 1/10 nominalnej wielkości piksela). Istnieją także metody opierające się na wyznaczaniu krzywej przenoszenia modulacji MTF (Modulation Transfer Function) [16]. Wyświetlony na monitorze odpowiedni obraz testowy jest fotografowany za pomocą cyfrowego aparatu fotograficznego. Następnie zawarte w uzyskanym zdjęciu informacje są analizowane matematycznie. W monitorach ciekłokrystalicznych obraz wyświetlany jest przez matrycę składającą się z fizycznie rozdzielonych pikseli o dokładnie określonych krawędziach. W związku z tym obraz powinien być na całej powierzchni ekranu jednakowo ostry. Obraz może być zniekształcony w przypadku nieprawidłowych ustawień trybu pracy karty graficznej. W takim przypadku następuje także pogorszenie rozdzielczości obrazu. Obniżenie jakości obrazu może także wystąpić podczas jego przesyłania z karty graficznej do monitora, zwłaszcza w przypadku analogowego transferu sygnału. Zgodnie z obowiązującymi w Polsce wymaganiami, stanowiska opisowe i przeglądowe powinny być wyposażone w cyfrowe złącze przesyłania obrazów [6]. W praktyce można także spotkać stanowiska wykorzystujące analogowe złącze VGA (D-sub) lub złącze DVI pracujące w trybie analogowym (zależnie od wariantu złącze DVI może przesyłać dane analogowe, cyfrowe lub zarówno analogowe, jak i cyfrowe). W takiej sytuacji zdarza się, że nawet na monitorze ciekłokrystalicznym poziome wzory paskowe do oceny rozdzielczości są zgodnie z oczekiwaniami biało-czarne, natomiast wzory pionowe są szaro-szare i zlewają się ze sobą (rys. 5). Dla monitorów kineskopowych, ze względów konstrukcyjnych linie w pionowych wzorach do oceny rozdzielczości są z reguły gorzej rozróżnialne niż we wzorach poziomych. Kształt i wielkość piksela w pobliżu narożników ekranu mogą być inne niż w jego środkowym obszarze. Generalnie parametry obrazu wyświetlanego na monitorze kineskopowym są zazwyczaj najlepsze w pobliżu jego środka (najwyższa luminancja, rozdzielczość, brak zniekształceń geometrycznych), pogarszają się natomiast w narożnikach. Opisane powyżej różnice w wyglądzie i rozróżnialności między pionowymi a poziomymi wzorami do oceny rozdzielczości mogą być ocenione w sposób ilościowy, poprzez pomiar luminancji obszarów zawierających naprzemiennie ułożone linie. Średnia jasność linii białych i czarnych jest zazwyczaj wyższa, niż średnia jasność tych samych linii wyświetlonych jako jasnoszare i ciemnoszare. W raporcie AAPM sformułowano wymagania dotyczące dopuszczalnych różnic w mierzonej luminancji między wzorem zawierającym pionowe linie a sąsiadującym z nim wzorem zawierającym linie poziome [1]. Poziom oświetlenia w pomieszczeniu Oświetlenie w pomieszczeniu nie powinno zakłócać pracy z monitorami. Dobre i stabilne warunki najłatwiej uzyskać w pomieszczeniu bez okien (lub z oknami zasłoniętymi), z niewidocznymi dla obserwatora źródłami światła rozproszonego. Osoba pracująca z monitorem nie powinna mieć w polu widzenia innych źródeł światła, takich jak lampy, okna czy negatoskopy. Jeżeli na ekranie widoczne są odbicia jakiegoś źródła światła, należy to źródło wyeliminować, bądź zmienić wzajemne położenie monitora i źródła światła. Jeżeli na monitorze widać odbicia jakichś przedmiotów, w pomieszczeniu jest za jasno. Oświetlenie pomieszczenia powinno być stabilne. Potencjalna niestabilność oświetlenia może dotyczyć zarówno światła sztucznego (np. migotanie lamp jarzeniowych, otwieranie i zamykanie drzwi do innych pomieszczeń), jak i naturalnego (zmienność światła dziennego docierającego z okien). W pomieszczeniu, w którym znajdują się monitory, powinno się unikać punktowych źródeł światła. Prosta metoda oceny wpływu oświetlenia na postrzeganą jakość obrazu polega na porównaniu widoczności struktur niskokontrastowych zawartych w obrazie testowym TG18 AD w dwóch sytuacjach (rys. 6). Rys. 5 Przykłady obniżonej rozdzielczości na monitorze ciekłokrystalicznym: pionowe linie nierozróżnialne (po lewej), pionowe linie biało-szare zamiast biało-czarnych (po prawej) Rys. 6 Fragment obrazu testowego TG18 AD [1] do oceny progowego kontrastu obrazu (kontrast obrazu sztucznie poprawiony dla czytelności wydruku) Najpierw sprawdza się, które ze struktur są widoczne przy obserwacji w całkowicie zaciemnionym pomieszczeniu. Wynikiem może być np. stwierdzenie widocznych poziomych linii we wszystkich kwadratach, poczynając od drugiego wiersza i szóstej kolumny. Następnie sprawdza się, czy te same struktury są nadal widoczne w normalnych warunkach oświetleniowych panujących podczas pracy z monitorami. W obu przypadkach powinny być widoczne te same struktury, tj. panujące w pomiesz- 49

6 standardy \ standards artykuł naukowy \ scientific paper czeniu oświetlenie nie powinno pogarszać widoczności struktur niskokontrastowych umieszczonych na ciemnym tle. Równie prostą, a jednocześnie obiektywną metodą oceny poziomu oświetlenia w pomieszczeniu jest jego bezpośredni pomiar. Natężenie światła padającego na monitor z innych źródeł mierzy się za pomocą przyłożonego do powierzchni monitora detektora iluminancji (luksomierza). Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami, oświetlenie powierzchni roboczej monitora na stanowisku opisowym dla większości pozostałych technik obrazowania rentgenowskiego nie powinno przekraczać 15 lx (dla mammografii 10 lx), a pomieszczenia opisowe powinny być wykończone ciemną, niepołyskliwą powierzchnią [6]. Dopuszczalny poziom 10 lx występuje także w europejskich i brytyjskich zaleceniach dotyczących cyfrowej mammografii [23] (w propozycji nowelizacji zaleceń europejskich jest podniesiony do 20 lx). Z kolei zgodnie z zaleceniami IAEA (International Atomic Energy Agency) poziom oświetlenia powinien mieścić się w zakresie od 20 do 40 lx, co jest warunkiem sprzecznym z podanym w zaleceniach europejskich [4]. Niski poziom oświetlenia jest szczególnie ważny dla monitorów kineskopowych, dla których współczynniki odbicia światła od powierzchni monitora są stosunkowo wysokie, a maksymalna luminancja niska w porównaniu z nowoczesnymi monitorami ciekłokrystalicznymi. W jasnym pomieszczeniu do oczu obserwatora dociera znaczna ilość światła odbitego od powierzchni monitora, pogarszając obserwowaną jakość obrazu. W dobrze zaciemnionym pomieszczeniu kontrast między jasnym monitorem a ciemnym otoczeniem jest bardzo duży, czego efektem jest szybsze zmęczenie oczu ze względu na konieczność naprzemiennej adaptacji wzroku do różnych warunków oświetleniowych. W przypadku nowoczesnych ciekłokrystalicznych monitorów medycznych możliwa jest rezygnacja z wykończenia pomieszczenia ciemną i niepołyskliwą powierzchnią, bądź rozjaśnienie pomieszczenia nawet do poziomu lx, przy jednoczesnym zachowaniu parametrów obrazu na poziomie zalecanym dla monitorów opisowych [17]. Pozwala to na poprawę warunków pracy radiologa, przy jednoczesnym zachowaniu dobrego kontrastu obrazu. Zgodnie z zaleceniami IAEA dotyczącymi cyfrowej mammografii, poziom oświetlenia i rodzaj materiałów zastosowanych do wykończenia pomieszczenia powinny być dobrane tak, aby nie było zbyt dużego kontrastu między monitorem a tłem, na którym jest on ustawiony [4]. Natężenie światła docierającego do oczu obserwatora ze ścian za monitorami powinno być zbliżone do natężenia światła docierającego z monitora świecącego na szaro, tzn. na poziomie rzędu 30% maksymalnej luminancji. W celach badawczych przeprowadzono porównanie jakości oceny zdjęć rentgenowskich nadgarstka przy różnych poziomach oświetlenia (7, 25, 40, 100 i 480 lx) [18]. Zadaniem radiologów było stwierdzenie bądź wykluczenie złamania kości nadgarstka. W badaniu oceniano pole pod krzywą ROC (Receiver Operating Characteristic) oraz liczbę wyników fałszywie negatywnych i fałszywie pozytywnych. Stwierdzono, że najlepszymi warunkami do poprawnego opisywania zdjęć było oświetlenie z zakresu lx. Liczba błędów była większa zarówno w przypadku zbyt jasnego pomieszczenia opisowego (100 i 480 lx), jak i zbyt ciemnego (7 lx). Zastosowane monitory nie były dedykowanymi monitorami medycznymi, wszystkie jednak skalibrowano zgodnie z DICOM GSDF (odrębnie dla każdych warunków oświetleniowych) i sprawdzono pod kątem zgodności z wymaganiami AAPM [1]. Dowodzi to, że obniżanie poziomu oświetlenia w pomieszczeniu opisowym poniżej pewnego poziomu może być szkodliwe. Optymalny poziom oświetlenia w pomieszczeniu może zależeć zarówno od charakterystyki samego pomieszczenia (kolor i rodzaj powierzchni ścian), jak i monitorów (jasność, kontrastowość, współczynniki odbicia światła od powierzchni monitora). Próbą uwzględniania tych zależności jest ocena natężenia światła odbitego od powierzchni monitora i docierającego do oczu obserwatora, czyli luminancji wyłączonego monitora Lamb. Zgodnie z zaleceniami AAPM L amb nie powinna przekraczać 1/4 L min [1]. Jeżeli poziom oświetlenia jest uwzględniany przy kalibracji monitorów, L amb może być większa i nie powinna przekraczać 2/3 L min. Identyczny warunek jest sformułowany w brytyjskich zaleceniach dotyczących mammografii, zgodnie z którymi Lamb nie powinna przekraczać 0,4 L min (po uwzględnieniu zależności L = L+L amb jest to tożsame z 2/3 L min ) [2]. Z kolei zgodnie z zaleceniami IAEA L amb powinna być mniejsza niż 1/250 maksymalnej luminancji monitora [4]. Jednorodność obrazu W wielu technikach obrazowania medycznego stosowany jest test polegający na ocenie jednorodności obrazu jednorodnego obiektu. Test wykonuje się również dla monitora wyświetlającego jednorodne obrazy testowe, np. TG18 UNL10 i TG18 UNL80 (oba obrazy różnią się jasnością). Obrazy ocenia się zarówno wzrokowo (jednorodność, obecność artefaktów), jak i wykonując pomiary luminancji w różnych punktach. Dla monitorów kineskopowych luminancja jest zazwyczaj najwyższa na środku ekranu, a maleje w rogach i przy krawędziach. Dla monitorów ciekłokrystalicznych niejednorodności luminancji mogą być nieregularne, a ich możliwe przyczyny to niejednorodność podświetlenia (kilka kilkanaście świetlówek), utajony obraz, niedokładności i wady wykonania matrycy (niejednakowa grubość elementów ciekłokrystalicznych, niejednorodność powierzchni ekranu). Luminancja minimalna, maksymalna i kontrast Za dobry obraz zazwyczaj uważa się obraz jasny i kontrastowy, czyli charakteryzujący się wysoką maksymalną luminancją i dużą wartością stosunku luminancji maksymalnej do minimalnej. Do pomiaru minimalnej i maksymalnej luminancji (L min i L max ) najczęściej wykorzystuje się odpowiednio obrazy testowe TG18- -LN12-01 i TG18-LN12-18 (rys. 2). Zalecenia dotyczące kontroli monitorów zazwyczaj nie zawierają wymagań odnoszących się wprost do samej wartości minimalnej luminancji. Spośród cytowanych publikacji wyjątek pod tym względem stanowią brytyjskie zalecenia opublikowane przez NHS [2], zgodnie z którymi dla kineskopowych monitorów opisowych minimalna luminancja nie może przekraczać 1 cd/m², a dla ciekłokrystalicznych 1,5 cd/m² (dla monitorów ciekłokrystalicznych minimalna luminancja zależy od zdolności zatrzymania przez matrycę światła emitowanego przez stale włączone podświetlenie i w związku z tym jest zazwyczaj wyższa niż dla monitorów kineskopowych). Częściej, choć też nie zawsze, formułowany jest wymóg osiągania przez monitory określonej luminancji maksymalnej. Zgodnie z zaleceniami AAPM [1] wszystkie monitory opisowe powinny osiągać co najmniej 170 cd/m², a w mammografii zgodnie z zaleceniami NHS [2] nawet 450 cd/m². Niektóre międzynarodowe zalecenia nie podają wymagań odnośnie tego parametru [3, 4]. W większości zaleceń formułowane są wymagania na zgodność maksymalnej luminancji pomiędzy monitorami w parze (dopuszczalne różnice 10%, w mammografii zazwyczaj 5%) i kontrast, czyli stosunek luminancji maksymalnej do minimalnej (dla monitorów opisowych zazwyczaj 250:1 [1, 3, 4], ewentualnie 300:1 [2]). Wartość 250:1 odpowiada np. zakresowi gęstości optycznych 0,1 2,5 na filmie umieszczonym na negatoskopie. 50 vol. 1 2/2012 Inżynier i Fizyk Medyczny

7 Wymagania dla monitorów przeglądowych są zazwyczaj odpowiednio niższe, np. kontrast wynoszący co najmniej 100:1 [1]. W literaturze można się spotkać ze znacznie ostrzejszymi wymaganiami, np. zgodnie z artykułem opublikowanym w brytyjskim czasopiśmie radiologicznym [7] kontrast dla monitorów opisowych w mammografii powinien wynosić co najmniej 700:1. Wymagania te są jednak określone jako minimalna specyfikacja techniczna (minimum technical specifications). Są to wielkości oparte na L, opisujące wyłącznie parametry samego monitora. Należy spodziewać się, że parametry te zawsze będą lepsze niż mierzone parametry oparte na L, czyli uwzględniające poziom oświetlenia w pomieszczeniu. Ponadto monitor nie zawsze jest i nie zawsze powinien być wyregulowany tak, by pracował przy maksymalnych osiągalnych parametrach. Dla dedykowanych monitorów medycznych często w specyfikacji producent podaje dwa poziomy maksymalnej luminancji: najwyższą osiągalną (np. powyżej 1000 cd/m²) oraz zalecaną do kalibracji (np. 500 cd/m²). Jasność i kontrast takich monitorów są podczas ich kalibracji celowo ograniczane dla zachowania zgodności krzywej luminancji z krzywą GSDF. Co ciekawe, zgodnie z zaleceniami ACR (American College of Radiology) rzeczywisty kontrast monitora (Lmax /Lmin ) stosowanego w mammografii cyfrowej nie powinien być wprawdzie niższy niż 250:1, ale jednocześnie nie powinien przekraczać 650:1 [5]. Należy też zauważyć, że przy zbyt wysokiej kontrastowości monitora jednorodny gradient szarości (gładkie przejście tonalne od bieli do czerni) mógłby być postrzegany jako schodki. Stosunkowo wysokie wymagania dla luminancji i kontrastu zawarte są także w załączniku do Rozporządzenia Ministra Zdrowia [6]. Kontrast dla monitorów opisowych w mammografii powinien wynosić co najmniej 500:1, a w radiografii ogólnej 400:1. Zapisy te znajdują się na jednej liście z takimi parametrami, jak wymagana minimalna liczba megapikseli czy przekątna ekranu. Wydaje się zatem, że są to raczej wymagane specyfikacje techniczne monitora, a nie parametry opisujące jakość obserwowanego obrazu ocenianą podczas testów. Krzywa luminancji Prezentacja obrazu Proces prezentacji cyfrowego obrazu medycznego na monitorze jest wieloetapowy. Każdemu z elementów obrazu, czyli pikseli, przypisana jest wartość liczbowa z pewnego zakresu (pixel value). Zależnie od techniki obrazowania zakres ten może obejmować np. 256 możliwych wartości (8 bitów na piksel), może też być większy (np. 16 bitów na piksel). Wartościom pikseli są przed wyświetleniem przypisywane wartości prezentacji (p-values, presentation values), np. poprzez wybranie przez użytkownika odpowiedniego poziomu i szerokości okna skali szarości w oprogramowaniu kontrolującym stację opisową. Wybranemu wyświetlanemu zakresowi wartości prezentacji karta graficzna przypisuje odpowiednie wartości sygnału sterującego obrazem DDL (Digital Driving Levels). Monitor przetwarza różne poziomy sygnału sterującego obrazem na różne poziomy luminancji, którym z kolei odpowiadają różne wrażenia wzrokowe. Typowy monitor biurowy akceptuje 256 poziomów sygnału sterującego obrazem, czyli 8 bitów na piksel (ściślej po 8 bitów na każdy z trzech kolorów składowych). Zgodnie z obowiązującym w Polsce prawem, w stanowiskach opisowych stosowanych w rentgenodiagnostyce karta graficzna i monitor muszą umożliwiać przekazywanie 10 bitów na piksel. Charakterystykę monitora opisuje krzywa luminancji L(p), gdzie L jest obserwowaną luminancją monitora, a p poziomem wartości prezentacji. Zależność luminancji od wartości prezentacji jest różna dla różnych technologii (rys. 7). Dla monitorów kineskopowych luminancja jest zazwyczaj proporcjonalna do wartości prezentacji w potędze rzędu 1,5 3. Dla matrycy ciekłokrystalicznej zależność luminancji od wartości prezentacji ma bardziej skomplikowany kształt, może być nieciągła, zależy także od konkretnego typu monitora. Rys. 7 Przykładowe zależności luminancji od wartości prezentacji dla kilku różnych monitorów Oznacza to, że identyczny zakres luminancji nie zapewnia jeszcze identycznego obrazu. Zależnie od przebiegu krzywej luminancji możemy mieć do czynienia z gorszym kontrastem w pewnych obszarach, np. dla monitora opisanego na rysunku 7 jako stary (wypalony) CRT najciemniejsze pola obrazu testowego TG18-QC zlewałyby się ze sobą. Funkcja DICOM GSDF W przypadku obrazów medycznych chcemy zapewnić równie dobrą widoczność nisko skontrastowanych struktur znajdujących się zarówno w jasnych, jak i w ciemnych obszarach obrazu. Funkcja L(p) powinna być zatem dobrana tak, by zapewnić stały kontrast w całym zakresie wartości prezentacji, czyli aby w całym zakresie luminancji określonej różnicy w wartości prezentacji odpowiadała stała różnica wrażenia wzrokowego. Warunek ten spełnia funkcja DICOM GSDF (Grayscale Standard Display Function) przedstawiona na rysunku 8 [19]. Funkcja GSDF jest oparta na modelu czułości oka sformułowanym przez Bartena i zawiera informację o tym, przy jakiej najniższej różnicy luminancji ΔL obiekt o określonej strukturze jest odróżnialny od jednorodnego tła o luminancji L [20]. Względny kontrast niezbędny do zauważenia struktury (ΔL/L) jest zależny od luminancji tła, dla struktur na ciemnym tle kontrast ten musi być większy (charakterystyka oka jest nieliniowa). Rys. 8 Po lewej stronie: funkcja GSDF (Grayscale Standard Display Function). Po prawej stronie: kontrast niezbędny do zauważenia struktury w zależności od luminancji tła. Funkcja GSDF ma postać L(j), gdzie j jest licznikiem ledwo zauważalnych różnic w luminancji JND (Just Noticable Difference). Zmiana j o jeden powoduje zauważalną zmianę w luminancji 51

8 standardy \ standards artykuł naukowy \ scientific paper obserwowanego obiektu. Funkcja GSDF jest określona dla luminancji od 0,05 cd/m² do 4000 cd/m², w tym zakresie przypadają 1023 wartości JND. Kalibracja monitora Dedykowane monitory medyczne zazwyczaj posiadają możliwość kalibracji zgodnie z GSDF. Kalibracja taka polega na odpowiednim przypisaniu wartości sterujących obrazem wartościom prezentacji tak, aby zmiana wartości prezentacji o jeden odpowiadała zmianie JND o stałą wartość (rys. 9). Rys. 9 Zasada kalibracji monitora zgodnie z funkcją DICOM GSDF. W całym zakresie luminancji monitora zmianie wartości prezentacji o jeden odpowiada zmiana JND o stałą wartość. Kalibracja zazwyczaj wykonywana jest automatycznie. Odpowiednie oprogramowanie wyświetla kolejno obrazy o różnym poziomie wartości prezentacji. Dla każdego z nich mierzona jest luminancja, a wyniki pomiarów przekazywane są z detektora znajdującego się przy powierzchni monitora do oprogramowania. Następnie monitor regulowany jest tak, aby poszczególnym poziomom prezentacji odpowiadały odpowiednie luminancje. Kalibracja zgodnie z GSDF zapewnia, że dla danego monitora postrzegany kontrast jest taki sam w całym zakresie skali szarości. Kalibracja nie zapewnia identycznego obrazu na wszystkich skalibrowanych monitorach, ponieważ obraz na monitorze o wyższym kontraście będzie postrzegany jako bardziej kontrastowy. Oczywiście w przypadku monitorów umieszczonych w jednej pracowni pożądane jest, aby miały zbliżone zakresy luminancji. W przypadku monitorów pracujących w parach, producenci dobierają do pary monitory o jednakowych parametrach barwy paneli. Należy pamiętać, że funkcja GSDF została opracowana na podstawie analizy postrzegania niskokontrastowych struktur o określonym kształcie i wielkości umieszczonych na jednorodnym tle. W rzeczywistości obraz kliniczny może zawierać obszary jasne i ciemne, wzrok obserwatora adaptuje się wtedy do średniej luminancji. Oznacza to, że struktury niskokontrastowe znajdujące w obszarach jasnych i ciemnych będą słabiej rozróżnialne niż te w jednocześnie znajdujących się na monitorze obszarach o średniej jasności. Należy także pamiętać, że krzywa GSDF nie jest jedyną funkcją, która może być stosowana do kalibracji monitorów i nie zawsze musi zapewniać najlepszą jakość obrazu. W pracy [21] porównano trzy krzywe kalibracyjne (DICOM GSDF, CIELAB oraz eksponencjalna ze współczynnikiem γ wynoszącym 2,2) w zastosowaniu do obrazów tomograficznych wyświetlanych na monitorach ciekłokrystalicznych. Stwierdzono, że dla obrazów płuc i jamy brzusznej najlepsza jest kalibracja realizowana zgodnie z GSDF, natomiast najlepszą jakość obrazów mózgu zapewnia kombinacja krzywej GSDF i krzywej eksponencjalnej. Tym niemniej funkcja GSDF jest powszechnie zalecana i stosowana. Detektory luminancji stosowane przy kalibracji zazwyczaj mierzą jedynie luminancję samego monitora. Mierzone wartości odpowiadają zatem wartościom postrzeganym przez obserwatora tylko w sytuacji, w której monitor pracuje w całkowitej ciemności. Kalibracja bez uwzględnienia światła odbitego od monitora (L amb ) powoduje obniżenie postrzeganego kontrastu w ciemnych obszarach obrazu i brak zgodności z krzywą GSDF. Oprogramowanie stosowane do kalibracji zazwyczaj pozwala na uwzględnienie poziomu oświetlenia, np. przez bezpośrednie podanie jego wartości wyrażonej w luksach. W takim przypadku utrata kontrastu jest równomiernie rozłożona na cały zakres luminancji, a kontrast w ciemnych i jasnych obszarach obrazu jest zbliżony [22]. Dla ciekłokrystalicznych monitorów medycznych skalibrowanych dla oświetlenia wynoszącego 10 lx, podwyższenie oświetlenia o 50 lx daje w efekcie odchylenie kontrastu poza dopuszczalną granicę. Oznacza to, że taka zmiana oświetlenia wiąże się z koniecznością przeprowadzenia ponownej kalibracji monitora [2, 3]. Niektóre monitory są wyposażone w czujniki oświetlenia. W takim przypadku rozjaśnienie pomieszczenia może być automatycznie korygowane przez odpowiednie podwyższenie luminancji monitora. Nie oznacza to jednak zachowania stałej, niezależnej od warunków oświetleniowych jakości obrazu. Podwyższenie luminancji może wiązać się z obniżeniem stosunku maksymalnej luminancji do minimalnej, czyli kontrastu obrazu oraz z utratą zgodności krzywej luminancji z GSDF. Czujnik taki może być także wykorzystywany do alarmowania użytkownika w przypadku wykrycia nadmiernego oświetlenia, wpływającego na jakość obserwowanego obrazu. Ocena krzywej luminancji W obrazach testowych SMPTE i TG18 QC wszystkie poziomy szarości powinny być rozróżnialne dotyczy to także pól 5% i 95%. Jeżeli obraz testowy zawiera gradienty szarości (przejścia od bieli do czerni), powinny być one płynne (bez schodków ). Dla monitorów opisowych powinny być rozróżnialne wszystkie niskokontrastowe kwadraciki w rogach pól obrazu testowego TG18 QC oraz wszystkie kwadraciki i półksiężyce w obrazie TG18 CT. Ilościowa ocena zgodności krzywej luminancji z DICOM GSDF opiera się na pomiarach luminancji L dla serii jednorodnych pól testowych różniących się wartością prezentacji. Pełna ocena krzywej luminancji wymagałaby wykonania pomiarów dla wszystkich możliwych poziomów wartości prezentacji. W praktyce najczęściej wykorzystywane jest 18 obrazów od TG18 LN12 01 do TG18 LN W sytuacji braku dostępu do odpowiednich obrazów testowych serii TG18 można wykorzystać np. kolejno powiększane i środkowane na monitorze pola skali szarości obrazu SMPTE. Na podstawie zmierzonych luminancji oblicza się względny kontrast (ΔL/L) między kolejnymi parami wyników. Uzyskane wartości są porównywane ze względnym kontrastem krzywej GSDF (rys. 10). Przyjmuje się, że dla monitorów opisowych kontrast powinien być zgodny z kontrastem funkcji GSDF w granicach ±10%, natomiast dla monitorów przeglądowych w granicach ±20%. Szczegółowy opis wykonywanych obliczeń znajduje się w raporcie AAPM [1], a same obliczenia można łatwo wykonać, posługując się arkuszem kalkulacyjnym udostępnionym na stronach internetowych EUREF [19]. 52 vol. 1 2/2012 Inżynier i Fizyk Medyczny

9 Literatura Rys. 10 Obliczony względny kontrast dla skalibrowanego monitora medycznego (punkty na wykresie). Ciągła linia przedstawia kontrast zgodny z krzywą GSDF; linie przerywane granice tolerancji (± 10%). W przedstawionym przypadku maksymalne odchylenie kontrastu od oczekiwanego wyniosło około 6%. Bardziej szczegółowa analiza zgodności krzywej luminancji z GSDF polega na sprawdzaniu, czy określona zmiana wartości prezentacji odpowiada stałej zmianie JND, w pełnym zakresie luminancji. Wymagania określające dopuszczalną zmienność wartości JND są określone np. w zaleceniach IAEA [4]. Uzupełnieniem zaleceń są odpowiednie arkusze kalkulacyjne. Podsumowanie Polskie prawodawstwo i międzynarodowe zalecenia dotyczące kontroli parametrów monitorów stosowanych do prezentacji obrazów medycznych nie definiują podziału stanowisk na opisowe i przeglądowe w jednoznaczny sposób, zazwyczaj nie obejmują też wszystkich zastosowań monitorów. Nie zawsze możliwe jest przyporządkowanie danego monitora do określonej grupy wymagań. Dotyczy to zwłaszcza takich zastosowań, w których zwyczajowo do jakości prezentacji obrazu przykłada się mniejszą uwagę niż w diagnostyce, np. planowania radioterapii. Najlepiej opisana jest kontrola monitorów w cyfrowej mammografii, której poświęcone są osobne opracowania. Oczywiście nawet wymagania dla monitorów opisowych w cyfrowej mammografii zawarte w poszczególnych zaleceniach różnią się, a czasem są ze sobą sprzeczne. Przykładem takiej sprzeczności jest określenie dopuszczalnego poziomu oświetlenia w zaleceniach europejskich [3] oraz IAEA [4]. Należy jednak pamiętać, że utrzymanie poziomu oświetlenia w pomieszczeniu jest nie tyle celem, co środkiem do jego osiągnięcia celem jest zachowanie odpowiedniej jakości obrazu. Celem kontroli monitorów powinna być ocena rzeczywistej jakości obrazu na stacji lekarskiej. W związku z tym kontrola monitora powinna być przeprowadzana w takich warunkach oświetleniowych, w jakich zazwyczaj wykorzystywany jest dany monitor. Podstawowym testem powinna być ocena jakości prezentacji obrazów testowych (przede wszystkim TG18-QC). Ocena kontrastu i krzywej luminancji monitorów powinna być oparta na pomiarach luminancji L, czyli zsumowanego światła emitowanego przez sam monitor (L) oraz światła odbitego od jego powierzchni (L amb ). Oceniając kontrast i luminancję, należy odwoływać się do kryteriów zawartych w zaleceniach dotyczących kontroli monitorów, np. w raporcie AAPM [1] lub w zaleceniach dotyczących mammografii [2-5]. Wymagania zawarte w załączniku nr 1 do rozporządzenia Ministra Zdrowia w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego [6] należy traktować raczej jako wymagane specyfikacje monitorów, a nie jako kryteria oceny wyników pomiarów. 1. American Association of Physicists in Medicine: AAPM on-line report no. 03. Assessment of display performance for medical imaging systems, 2005, 2. NHS Cancer Screening Programmes: Commissioning and routine testing of full field digital mammography systems, version 2, 2006, nhs.uk/breastscreen/publications/nhsbsp-equipment-report-0604.html. 3. European Commission: European guidelines for quality assurance in breast cancer screening and diagnosis, Fourth edition, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg International Atomic Energy Agency: IAEA Human Health Series No. 17: Quality assurance programme for digital mammography, IAEA 2011, books/iaeabooks/8560/quality-assurance-programme-for-digital-mammography. 5. American College of Radiology: Practice guideline for determinants of image quality in digital mammography, ACR 2007, 6. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 18 lutego 2011 w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej, Dz.U , D.S. Brettle: Display considerations for hospital-wide viewing of soft copy images, Br J Radiol, vol. 80, 2007, R.S. Saunders et al.: Comparison of LCD and CRT displays based on efficacy for digital mammography, Academic Radiology, vol. 13, 2006, H. Vorkerk et al.: The delineation of target volumes for radiotherapy of lung cancer patients, Radiotherapy and Oncology, vol. 91, 2009, C.W. Hurkmans et al.: Variability in target volume delineation on CT scans of the breast, Int J Radiat Oncol Biol Phys, vol. 50, 2001, R. Steenbakkers et al.: Observer variation in target volume delineation of lung cancer related to radiation oncologist-computer interaction: A Big Brother evaluation, Radiotherapy and Oncology, vol. 77, 2005, Society of Motion Pictures and Television Engineers (SMPTE): Recommended Practice RP : Specifications for medical diagnostic imaging test pattern for television monitors and hard-copy recording cameras, J.E. Gray et al.: Test pattern for video displays and hard-copy cameras, Radiology, vol. 154, 1985, European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services, EUREF, E. Samei, S.L. Wright: Viewing angle performance of medical liquid crystal displays, Med Phys, vol. 33, 2006, R.S. Saunders, E. Samei: Resolution and noise measurements of five CRT and LCD medical displays, Med Phys, vol. 33, 2006, A.S. Chawla, E. Samei: Ambient illumination revisited: A new adaptation-based approach for optimizing medical imaging reading environments, Med Phys, vol. 34, 2007, P.C. Brennan et al.: Ambient lighting: Effect of illumination on soft-copy viewing of radiographs of the wrist, AJR Am J Roentgenol, vol. 188, 2007, W177-W National Electrical Manufacturers Association: Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), Part 14: Grayscale standard display function, 2011, P.G.J. Barten: Physical model for the contrast sensitivity of the human eye, Proceedings of SPIE, vol. 1666, 1992, M. Yamaguchi et al.: Psychophysical analysis of monitor display functions affecting observer diagnostic performance of CT image on liquid crystal display monitors, Eur Radiol, vol. 15, 2005, K.A. Fetterly, H.R. Blume, M.J. Flynn, E. Samei: Introduction to grayscale calibration and related aspects of medical imaging grade liquid crystal displays, J Digit Imaging, vol. 21, 2008, M. Matsuyama M et al.: SU-GG-I-50: When should we recalibrate the grayscale standard display function in different ambient lighting conditions?, Med Phys, vol. 37, 2010,