Valutazione delle caratteristiche fisiche di sistemi di - INFN-LNS

Valutazione delle caratteristiche fisiche di sistemi di visualizzazione a elevata risoluzione
impiegati in un sistema PACS (Pictures Archiving and Communication System)
A. Crespi, F. Bonsignore*, E. De Ponti, C. Ghezzi, N. Paruccini
U.O. Fisica Sanitaria, P.O. San Gerardo di Monza
(*) Università degli Studi di Milano, Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche Naturali
Il lavoro si inserisce in uno studio su sistemi di radiografia digitale con refertazione a video tramite
monitor ad alta risoluzione con tecnologie CRT (Cathode Ray Tube) e LCD (Liquid Crystal
Display) installati presso le unità operative di Radiodiagnostica dell’Azienda Ospedaliera S.Gerardo
di Monza, nell’ambito della realizzazione di un complesso sistema PACS IMPAX AGFA.
Le workstation di refertazione sono configurate con doppio monitor per la visualizzazione delle
immagini radiologiche e un monitor per la gestione delle funzionalità RIS.
I monitor delle workstation di refertazione al momento installati sono i seguenti:
• 7 stazioni a doppio monitor EIZO FlexScan L685EX (LCD, 1280*1024 landscape)
• 3 stazioni a doppio monitor Barco MGD 521 M (CRT, 5MP portrait)
• 3 stazioni a doppio monitor Barco Coronis (LCD, 3MP portrait)
E’ stata seguita dapprima la fase di calibrazione dei sistemi, effettuata tramite una procedura
sviluppata dalla Barco comprendente il software MediCal Pro ed il colorimetro/fotometro X-Rite
DTP92.
La procedura non presenta particolari difficoltà in sé, ma non è stata priva di inconvenienti e più
volte è stato necessario ripeterla, soprattutto sui monitor LCD. Lo strumento X-Rite infatti non è
particolarmente adatto per questo tipo di monitor data l’ampia apertura del sensore e la mancanza di
un dispositivo di sostegno al monitor durante la misura.
I monitor Barco LCD Coronis dispongono di un sensore fotometrico incorporato, che ha però
mostrato problemi di funzionamento.
Il software prevede l’esecuzione di un test di verifica di qualità immediatamente dopo la
calibrazione, ma non sempre questo test ha dato esito positivo. In tal caso si è ripetuta la
calibrazione.
A causa di limitazioni software, i monitor EIZO sono stati calibrati come se ogni coppia fosse un
unico monitor. Anche le misure successive hanno di conseguenza risentito di questa scelta.
Successivamente si sono effettuate misure fisiche di luminanza sui pattern contenuti nel report del
Task Group 18 AAPM.
Gli strumenti utilizzati sono: colorimetro/fotometro X-Rite DTP92, PMX-III con sonda
fotometrica L-100, fotometro universale Hagner S3.
Sono state eseguite misurazioni di luminanza, uniformità e cromaticità come di seguito riportato,
mentre tra parentesi sono evidenziati i limiti consigliati dal TG18.
Luminanza
Uniformità di Rapporto di
Massima
Tipo monitor
Postazione
massima
luminanza
Contrasto
distanza colore
(>180 cd/m2)
(<30%)
(>200-250)
(<0.0040)
EIZO LCD
206,2
9,9%
222
Bsn
0,0086
(1280*1024)
196,6
9,2%
233
Bcn
0,0077
15,2%
224
Bdx
176,1
0,0066
200,7
12,4%
222
D
0,0062
190,1
5,2%
221
0,0039
Risonanza
197,1
16,6%
229
Bassini sn
0,0066
196,3
5,5%
228
Bassini dx
0,0049
BARCO
283,2
1,6%
1416
CRT dx
(CRT, 5MP)
284,8
4,3%
1356
CRT Bas.
**
296,5
297,5
277,5
258,3
2,0%
2,0%
4,2%
3,6%
1560
1653
6938
12915
LCD D
434,5
18,3%
443
LCD PS
446,2
452,8
441,9
20,4%
18,1%
18,9%
319
290
281
CRT sn
BARCO
(LCD, 3MP)
(**) monitor attualmente guasto
I valori di luminanza massima sono stati misurati al centro dello schermo e rientrano tutti nei
parametri consigliati.
L’uniformità di luminanza è stata calcolata prendendo in considerazione 5 aree sullo schermo
poste al centro e ai 4 angoli. Il valore percentuale ottenuto è la differenza massima percentuale
presente tra due di queste 5 aree.
Sorprendono in parte i dati sull’uniformità spaziale: i monitor LCD presentano infatti delle
disomogeneità molto più accentuate dei CRT, che notoriamente sono molto più soggetti a questo
fenomeno.
Ciò è probabilmente dovuto alla presenza di appositi circuiti di controllo e di correzione nei monitor
CRT, dove il problema è noto. I monitor LCD invece non dispongono di apposite correzioni,
peraltro più difficili, essendo unica la sorgente di luce retroilluminante.
I valori ottenuti rientrano comunque tutti nella tolleranza consigliata dal documento TG18-AAPM.
Le misure di cromaticità sono state effettuate sui monitor EIZO LCD a colori, su 3 aree per ogni
monitor della coppia. Le misure sono state convertite dalle coordinate (x,y) fornite dallo strumento
in standard CIE (Commissione Internazionale per l’Illuminamento) alle coordinate CIELUV (u’,v’),
un loro moderno corrispettivo che ha il vantaggio di essere linearizzato per la percezione
dell’occhio umano. E’ stata
0,14
quindi calcolata la massima
Barco D LCD
Barco D dx
Risposta di luminanza
differenza nello spazio colore LUM
Barco D sn
Eizo D
tra tutte le coppie possibili
Eizo B dx
Eizo B cn
0,12
Eizo
B
sn
Eizo risonanza
per ogni stazione. Le linee
Eizo Bassini sn
Eizo Bassini dx
guida AAPM (TG18)
raccomandano una differenza
0,1
massima di 0,004.
Le differenze di cromaticità,
sono costantemente al di fuori 0,08
della tolleranza. Le differenze
di spettro luminoso
0,06
intrinseche dei singoli
monitor non possono infatti
essere corrette tramite la
0,04
calibrazione, in quanto il
software effettua la
calibrazione come se fossero
0,02
un solo monitor. Agire
manualmente sarebbe
possibile ma estremamente
0
difficile. Comunque
monitor sinistro
monitor destro
differenze anche di 0,0070,008 non vengono percepite con fastidio da parte dei radiologi.
Anche i monitor Barco, pur essendo in bianco e nero, presentano delle differenze cromatiche visibili
ad occhio nudo.
La risposta di luminanza è stata misurata su 18 valori di grigio, utilizzando i pattern proposti
dall’AAPM.
I rapporti di contrasto L/L sono stati confrontati con i corrispondenti rapporti calcolati a partire
dalla curva DICOM, principale standard per la calibrazione a scala di grigi.
Per poter facilmente confrontare tra di loro i risultati ottenuti è stato calcolato un valore sintetico,
derivato dalla deviazione standard del rapporto tra i contrasti misurati e quelli teorici, chiamato
LUT (Linearization Uniformity Measure) proposto da Hemminger e Blume. Si è scelto però di
considerare solamente 18 toni di grigio, come prevedono anche le misure quantitative AAPM,
invece dei 256 usati dagli autori. Un valore di LUM minore indica una migliore aderenza della
risposta di luminanza con la curva DICOM.
Sono stati eseguiti diversi test visuali tra quelli proposti dal TG18 AAPM; i monitor dello stesso
tipo hanno ottenuto i medesimi risultati.
Pattern
Caratteristica
Normale
EIZO
Barco LCD Barco CRT
LCD
Artefatti
Assenti
Assenti
Assenti
Assenti
TG18-QC
Visibilità 5%-95%
Si
Si
Si
Si
generico
Nyquist
Si
Si
Si
Si
Qualità inserti Cx
0-4
0
0
1-3
TG18-CX
risoluzione
Visibilità inserti
¾
¾
¾
TG18-AFC
2/4
rumore
Visibilità inserti
3/5
3/5
3/5
3/5
TG18-GV
glare
Tutte le caratteristiche rientrano nella norma, ad esclusione del test TG18-AFC per i monitor EIZO.
Essendo quest’ultimo un test per la valutazione del rumore spaziale risente molto del contrasto
dell’immagine; i monitor EIZO hanno una luminanza massima inferiore agli altri monitor,
diminuendo quindi il rapporto di contrasto presente. I bassi risultati ottenuti con tale test non
dipendono quindi dalla presenza di rumore, peraltro molto limitato su monitor LCD, quanto dalla
minor risoluzione di contrasto presente.
I risultati ottenuti hanno permesso di redigere un protocollo per l’esecuzione delle prove di
accettazione dei monitor per la refertazione; inoltre i dati ottenuti costituiscono il riferimento delle
successive prove di costanza.
Infine, sono stati coinvolti anche i medici radiologi in un test volto a evidenziare le differenze
all’atto pratico tra le diverse tipologie di monitor. Tale test consiste nell’osservazione di due esami
standard, utilizzando le varie stazioni di refertazione e l’attribuzione di un punteggio ad alcuni
dettagli dell’immagine, come proposto dal TG18. L’analisi dei dati è stata eseguita con tecnica
multifattoriale ANOVA.
Bibliografia:
-AAPM Task Group 18, Assessment od Display Performance for Medical Imaging Systems, Preprint DRAFT, October 2002
-Hemminger BM, Blume HR, Are medical image display systems perceptually optimal?
Measurements before and after perceptual linearization, Proc. SPIE, Vol. 2707, pp. 555-570, 1996
-NEMA, Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), Part 14: Grayscale Standard
Display Function, PS 3.14, 2001