Dieci anni di esperienza nella gestione dei controlli di qualità dei

Innovazioni tecnologiche e Assicurazione di Qualità dei
Monitor per la Refertazione in Diagnostica per Immagini
Monza 20 novembre 2012
Dieci anni di esperienza
nella gestione dei controlli di
qualità dei monitor e ….oltre
Dr.ssa Nicoletta Paruccini
S.C. di Fisica Sanitaria
A.O. San Gerardo – Monza
[email protected]
2003 installazione PACS
Tesi di laurea in fisica su monitor di refertazione Francesco Bonsignore
Report TG18 AAPM bozza
RX proiettiva e PS:
n°6 CRT Barco MKII 5 MP B/N
n°6 LCD Barco Coronis 3 MP B/N
CT/RM/XA:
n°14 EIZO FLEXSCAN L685EX non medicali 1.3 MP color
19 INCH 1280 x 1024 MEDICAL FLAT COLOR
DISPLAY
1350 $
STRUMENTI DI MISURA
Software di gestione e calibrazione e controlli di qualità “Barco medical pro”
Software stand alone su ogni WS
Strumento di misura per calibrazione e verifiche periodiche:
colorimetro e fotometro a contatto X-rite DTP92
Range di luminanza: 0-500 cd/m2
Accuratezza +/-0.003 croma e 4% luminanza
Nessuna informazione sull’angolo di apertura!!!!!
Calibrazione dello strumento??????
Confronto in fase di tesi con lo strumento di misura
PMXIII L100
Range di luminanza: 0.01-2000 cd/m2
Accuratezza: 5%
Angolo di apertura: 3°
Fotometro hagner telescopico
Per misure telescopiche e di illuminamento
Nessuna specifica
SPECIFICHE APPARECCHIATURA
Il misuratore di luminanza deve essere sottoposto a calibrazione periodica, se
previsto in accordo con le specifiche fornite dal produttore. La calibrazione
deve essere riferibile ad uno standard di misura primario
Range: 0.05 e 1000 cd/m2,
Precisione: 5%
Accuratezza: 10%
Angolo di apertura < 5°a contatto e <1°per focalizzazione a infinito
EUREF, “European guidelines for quality assurance in breast cancer screening and diagnosis –
Fourth Edition”, European Communities, 2006
International Electrotechnical Commission (IEC), “Medical Electrical Equipment – Medical image
display systems – Part 1: Evaluation methods”, IEC 62563-1, 2009
Range: 0.05 e 1000 cd/m2,
Precisione: 1%
Accuratezza: 5%
Angolo di apertura < 5°a contatto e <1°per focalizzazione a infinito
Report of the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group 18, Medical Physics Publishing,
Madison, WI, AAPM On-Line Report No. 03, April 2005.
Il misuratore di illuminanza deve essere sottoposto a calibrazione periodica, se
previsto in accordo con le specifiche fornite dal produttore. La calibrazione deve
essere riferibile ad uno standard di misura primario.
Range: 1 e 1000 lux,
accuratezza: 5%
accordo con la risposta spettrale fotopica standard CIE: 3%
una accuratezza del 5% entro 50° dalla direzione centrale
Report of the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group 18, Medical Physics Publishing,
Madison, WI, AAPM On-Line Report No. 03, April 2005.
Range: 1 e 1000 lux,
accuratezza: 10%
Precisione: 5%
Risposta uniforme a sorgente di luce lambertiana
International Electrotechnical Commission (IEC), “Medical Electrical Equipment – Medical image display systems – Part
1: Evaluation methods”, IEC 62563-1, 2009
Il colorimetro deve essere sottoposto a calibrazione periodica, se previsto in
accordo con le specifiche fornite dal produttore. La calibrazione deve essere
riferibile ad uno standard di misura primario.
Range: 1 e 1000 cd/m2,
accuratezza: 0.004 nello spazio u’, v’
Report of the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group 18, Medical Physics Publishing,
Madison, WI, AAPM On-Line Report No. 03, April 2005.
Range: adatto alla scala di luminanza del monitor,
accuratezza: 0.004 nello spazio u’, v’ o 0.007 nello spazio x, y
International Electrotechnical Commission (IEC), “Medical Electrical Equipment – Medical image display systems – Part
1: Evaluation methods”, IEC 62563-1, 2009
Controlli eseguiti in fase di accettazione :
• geometria dell’immagine (immagine test TG18-QC)
• risposta di luminanza (immagine test TG18-LN)
• uniformità della luminanza
• risoluzione spaziale (immagine test TG18-QC)
• rumore (immagine test TG18-AFC)
• veiling glare (immagine test TG18-GV)
• riflessione del monitor e illuminazione ambientale (immagine test
TG18-AD)
PROBLEMI DI
CONFIGURAZIONE E
CALIBRAZIONE
Software di calibrazione BARCO
Monitor EIZO
Risultati
Lmax ok:
200 cd/m2 LCD color
280 cd/m2 CRT
450 cd/m2 LCD BN
Contrasto OK: >250
CRT molto elevato Lmin bassa
Risposta in luminanza entro 10%-12%
Uniformità: entro 30% CRT: max 4.3%
LCD BN 18-20%
LCD color: 10-15%
Risoluzione spaziale: test CX: OK
CX =0 LCD
CX da 0-3 CRT
Misure quantitative per CRT fuori tolleranza
Risultati:
Cromaticità: solo su monitor colore per limitazioni del software
fuori tolleranza misura quantitativa, valutazione visiva : ok
Su LCD BN evidente dominanza cromatica diversa su coppie di monitor
FASTIDIO
Accoppiamento monitor per dominanza cromatica
Immagini diagnostiche permettono una visibilità migliore della dominanza
cromatica rispetto a immagine TG18-CQ
Dipendenza angolare: confrontabili EIZO e Barco LCD intorno a 45-50°
osservazioni dei medici radiologi
I criteri di valutazione considerati sono i seguenti:
Ginocchio
· Contrasto globale dell’immagine
· Nitidezza globale dell’immagine
· Riproduzione dei dettagli trabecolari
· Riproduzione dei tessuti ossei
· Riproduzione dei tessuti molli
Torace
· Contrasto globale dell’immagine
· Nitidezza globale dell’immagine
· Bordi mediali delle scapole
· Riproduzione dell’intera cassa toracica superiormente al diaframma
· Riproduzione visivamente nitida delle strutture vascolari dei polmoni,
particolarmente i vasi periferici
· Riproduzione nitida della trachea e dei bronchi prossimali
· Riproduzione nitida del profilo del cuore e della aorta
· Riproduzione nitida del diaframma
· Visibilità del polmone retrocardiaco e strutture mediastiniche
· Visibilità della colonna vertebrale attraverso l’ombra cardiaca
· Visibilità dei dettagli fini nell’intero polmone, incluse le aree retrocardiache
· Visibilità di dettagli lineari e reticolari alla periferia del polmone
osservazioni dei medici radiologi
GOLD STANDARD: PELLICOLA
test T di Student per dati appaiati
Nel complesso si può affermare che non vi sia alcuna perdita di
qualità percepita con il passaggio alla refertazione a monitor.
Controlli eseguiti con periodicità semestrale :
(eccetto mammografia per cui le prove di costanza sono trimestrali)
• geometria dell’immagine
• risposta di luminanza
• uniformità della luminanza
• risoluzione spaziale
• rumore
• riflessione del monitor e illuminazione ambientale
TEMPO DI ESECUZIONE DEI CONTROLLI: 45’-60’ per ogni controllo
PERSONALE COINVOLTO: FISICO E TECNICI FISICA SANITARIA
14 x 2 x 60’= 28 ORE/ANNO
Problemi:
Software di calibrazione:
periodica reinstallazione, perdita dei valori di baseline ecc…
Instabile interruzione delle procedure di misura.
Necessita occupazione della ws (sia per controlli che per reinstallazione)
Guasto colorimetro, sostituzione con dispositivo usato, calibrazione non
nota…….
•LCD color non medicali: Lmax <170 cd/m2 dopo 2 anni
•LCD BN: uniformità, polvere e sporco lungo i bordi dei monitor (4°anno)
•CRT: risoluzione spaziale CX fuori tolleranza (5°anno)
Spazio macchina!!!!! soprattutto PS
Decadimento della qualità
600
LCD Barco
CRT Barco
luminanza (cd/mq)
500
LCD Eizo
Espo. (CRT Barco)
400
Espo. (LCD Eizo)
300
Espo. (LCD Barco)
200
100
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
tempo di utilizzo (ore)
12000
14000
16000
Decadimento della qualità
290
Lmax (MONZA)
Lmax (cd/m2)
Lmax (BASSINI)
170
50
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
ore di utilizzo monitor eizo
Monitor non medicali: pur essendo di alta qualità, per raggiungere le
specifiche minime devono lavorare a 90-100% di luminosità
⇒ Non c’è margine per il decadimento
Faticosa sostituzione con monitor con analoghe caratteristiche
TG18-AFC: Rumore
Quando Lmax <170
Perdita degli inserti nel
terzo quadrante
E’ una valutazione di basso contrasto
Profondità di bit
8 bit = 256 livelli di grigio
10 bit= 1024 livelli di grigio
Windows 95, XP
gestiscono la
visualizzazione a 8 bit
Increasing the Number of Gray Shades in
Medical Display
Systems—How Much is Enough? 2007
Human observers are able to discriminate between
700 and 900 simultaneous shades of gray for the
available luminance range of current medical displays
and in optimal conditions. Therefore, it has no use to
simultaneously display more than 10 bits of gray
(1,024 gray shades) because this already exceeds the
capabilities of the human visual system.
To be able to perceive these 900 simultaneous shades
of gray, calibration of medical display systems has
shown to be extremely important.
Accurate calibration requires approximately
11 bits of inherent display grayscale resolution. In
addition, we have demonstrated that effects such as
viewing angle-dependence and spatial noise can
significantly decrease the calibration
accuracy. These effects are far more important than
the difference between using a palette of 11 or 12 bits
of gray.
TG18-MP: depth resolution
3 marker: 10 bit
5 marker: 8 bit
Ergometria e illuminamento ambientale
Ambiente di lavoro: troppi riflessi e illuminamento e Lamb non idonea.
Rumorosità elevata
Ristrutturazione sala referti con box.
Lavoro congiunto con servizio di prevenzione e protezione
Maggio 2010 upgrade
PACS installazione nuovi monitor
16x2 MDCC 2121 2MP color
3 MDCC 610 DL 6MP color
+ workstation mammografiche preesistenti
1x2 EIZO radiforce GS520 Mammografici
1x2 BARCO MFGD 5621 HD Mammografici
Stesso partner commerciale
Numero e tipologia di monitor: decisione del radiologo
PACS installazione nuovi monitor
Intervento fisica sanitaria (FATICOSO)
Richieste:
1.Misuratore di luminanza, illuminanza e colorimetro serio
2.Tutti con sonda interna per calibrazione e verifica del bianco e
curva di risposta da remoto
3.software per calibrazione e controlli di qualità da remoto Qaweb
1
Complete measuring kit for luminance and
color measurements at image display
devices (black/white and color) according to
DIN V 6868-57 (acceptance tests) and IEC
61223-2-5 (constancy tests), AAPM TG18.
Misure di luminanza a contatto e a
distanza e misure di illuminanza
2
sonda interna per calibrazione
Sensore frontale
sensore posteriore
-La calibrazione è eseguita in
posizione frontale
-si hanno informazione su matrice di
TFT
Sensore di ampie dimensioni:
-Accuratezza
-uniformità (3 lampade)
-Posizione centrale
Sensore di piccole dimensioni:
-Ridotta accuratezza
-Misura puntuale (1 lampada). No
informazioni su uniformità
-Posizione periferica
-La calibrazione non è eseguita in
posizione frontale
-non si hanno informazione su
matrice TFT
Idea: meno tempo macchina, meno tempo
uomo
Calibrazione, bianco e curva di luminanza sotto controllo da
remoto.
Intervento per la verifica con strumento di misura esterno
calibrato.
Periodicità : 1 volta all’anno in corrispondenza alle
valutazioni visive con immagini di test TG18.
3
Problemi:
Gestione del server remoto e installazione qaweb01 da ditta che gestisce
PACS (non barco) e SIA.
Innumerevoli disconnessioni WS e server.
Crash del server
Release di Software diverse e non prontamente installate
Policy modificate senza nostro consenso
Monitor mammografici EIZO (non è possibile eseguire nulla da remoto
COMPATIBILITà DIVERSE DITTE)
Monitor mammografici Barco (licenza base: non è possibile eseguire
nulla da remoto- solo calibrazione fast).
Allerte:
Allerta tramite mail solo per sconnessione delle WS.
Problemi di qualità immagine:
•Bad pixel su 3 monitor in fase di installazione. (sostituiti)
•Lag di risposta aumentato 6MP (sostituito).
•Riflessi
•Pulizia monitor
PIXEL NON FUNZIONANTI
IEC 62563-1 :
tipo A: sub-pixel normalmente in stato di luminanza massima
tipo B: sub-pixel normalmente in stato di luminanza minima
tipo C: sub-pixel non funzionante correttamente il cui comportamento non
sia quello di tipo A o tipo B
Per quanto riguarda la loro distribuzione sulla superficie dello schermo si
definisce “cluster” l’insieme di due o più pixel difettosi che rientrano in una
ROI di 5x5 pixels
TOLLERANZA
Tipo
monitor
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Primario
3 MP
1
1
2
ACCORDO CON IL COSTRUTTORE
Cluster con
più di un
difetto di
tipo A,B o
C
0
PIXEL NON FUNZIONANTI
classificazione norma ISO 13406-2
TOLLERANZA
Classe
monitor
I
Massimo numero di difetti per tipo e per milione di pixels
Cluster con
più di un
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
difetto di tipo
1 o tipo 2
0
0
0
0
Cluster con
difetti di tipo
3
0
II
2
2
5
0
2
III
5
15
50
0
5
IV
50
150
500
5
50
Corretto posizionamento della workstation
Prima di procedere al controllo del monitor scegliere la
posizione più adatta alla workstation:
1.Ridurre al minimo la presenza di riflessi speculari da sorgenti
di luce diretta come luci posizionati sul soffitto, lampade,
diafanoscopi, porte e finestre .
2.Ridurre gli effetti da campo magnetico intenso (CRT nelle
vicinanze di uno scanner RM)
3.Vericare l’ergonometria dell workstation (altezza dei monitor,
distanza monitor-operatore) per evitare affaticamento e
problemi al collo e schiena
Le grandezze fotometriche
La fotometria è la disciplina che studia l’energia luminosa e che si
occupa quindi dell’energia raggiante tenendo conto della sensibilità della
retina, mentre la radiometria si occupa di tutta l’energia raggiante, anche
di quella invisibile.
La grandezza fotometrica fondamentale è l’intensità luminosa, la cui
unità di misura nel Sistema Internazionale è la candela (cd).
La candela è definita come l’intensità luminosa, in una data direzione,
di una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza
540 1012 Hz e la cui intensità energetica in tale direzione è di 1/683 W/sr.
Le grandezze fotometriche
Il flusso luminoso è la quantità di energia luminosa irraggiata da una
sorgente nell’unità di tempo:
l’unità di misura del flusso luminoso è candela steradiante, chiamata
lumen (lm), mentre l’unità di misura della quantità di luce Q è il lumen
secondo.
Intensità luminosa
L'intensità luminosa è la grandezza fotometrica che indica
come il flusso luminoso emesso da una sorgente è distribuito
nelle varie direzioni.
I = intensità luminosa della
sorgente nella direzione
individuata dal vettore s
dΩ = angolo solido infinitesimo
centrato nella direzione s
1 candela = intensità luminosa di
una sorgente che emette entro un
angolo solido di 1 sr una radiazione
monocromatica di lunghezza d'onda
λ = 0.555 µm caratterizzata da un
flusso energetico pari a 1/683 W.
dφ = flusso luminoso infinitesimo
emesso entro l'angolo solido
infinitesimo dΩ.
S.I. ⇒ (candela)
Luminanza
La luminanza è la grandezza fotometrica che esprime l'intensità
luminosa di una superficie, così come appare all'osservatore.
La luminanza di una superficie in una determinata
direzione corrisponde, quindi, alla quantità di flusso
luminoso emesso dall'area apparente unitaria nell'angolo
solido unitario centrato in quella direzione.
Superfici lambertiane
Una superficie è detta lambertiana se è caratterizzata da
una luminanza indipendente dalla direzione: L = cost
Luminanza nella direzione individuata dall'angolo ϑ:
Superficie lambertiana ⇒ Lϑ
ϑ = Ln = cost
L’illuminanza (o illuminamento) si riferisce, invece, a un flusso
luminoso incidente per unità di superficie:
si misura in lux, unità che corrisponde all’illuminamento prodotto su
di una superficie di un metro quadrato dal flusso di 1 lumen incidente
perpendicolarmente.
L’illuminamento è utilizzato per descrivere la luce presente in
un ambiente, considerando il flusso luminoso che cade
perpendicolarmente alla superficie considerata. Lo schermo di
un monitor, come anche la superficie di una scrivania o una
parete possono essere tra le superfici considerate.
Quale livello di illuminamento?
TG18 AAPM
SALA REFERTI MAMMOGRAFIA
DIAFANOSCOPIO
SPENTO
ACCESO
European guidelines for quality assurance in breast
cancer screening and diagnosis 4 th Edition
ambient light < 10 lux
SALA REFERTI TC
….quindi:
Se c’è una sorgente di luce in un ambiente di lavoro
avrò un flusso luminoso che incide su una superficie
(illuminamento).
Ogni oggetto investito da questo flusso luminoso
diviene un emettitore di flusso luminoso (luminanza)
più o meno elevato in base alle sue caratteristiche di
rifllettanza. (la superficie del monitor, le pareti della
sala referti, la superficie della scrivania, …..)
• La riflessione può essere speculare o diffusa.
• La riflessione speculare è tipica dei metalli, specchi, specchi d’acqua.
• La riflessione diffusa della luce da parte di una superficie è una
riflessione non speculare ma viene diffuso su molte direzioni che possiamo
descrivere come casuali. Un diffusore ideale (con riflettanza lambertiana)
riflette la luce omogeneamente in tutte le direzioni
• Un oggetto bianco lucido in genere riflette non più del 5 o 10% della
luce, e diffonde tutto il resto
• Un oggetto fatto da particelle che non
assorbano la luce, come la carta,
riesce a riflettere indietro quasi tutta la luce
che riceve, ma in maniera diffusa,
non specularmente.
Test visivo per la valutazione della presenza dei riflessi
speculari
•Spegnere il monitor.
• Eseguire il test nelle condizioni di
• illuminamento abituale.
•Posizionarsi a 30-60 cm dal monitor
•e entro un angolo di +/- 15°dall’asse centrale.
•Verificare la presenza di riflessi sulla superficie del monitor (es.
Camice bianco, luci presenti nella sala di refertazione).
Non devono essere visibili oggetti ad alto contrasto.
Se sono visibili riflessi di sorgenti di luce : la posizione della workstation
non è appropriata. Se sono visibili riflessi di oggetti come il camice
bianco o il badge identificativo: l’illuminamento ambientale è troppo
elevato e deve essere ridotto
Test visivo per la valutazione della presenza dei riflessi diffusi
L’effetto della riflessione diffusa sul contrasto dell’immagine può essere
studiata osservando l’immagine TG18-AD in condizione di illuminamento
normale e al buio completo (coprendo monitor e osservatore con un panno
scuro).
L’immagine deve essere visualizzata a distanza di 30 cm.
In entrambe le condizioni si devono vedere i medesimi inserti.
Se in condizioni di illuminamento
normale non si riescono a
raggiungere le stesse prestazioni
ottenute al buio, è necessario
abbassare il livello di illuminamento.
SIIM 2011 Results of a New Quality Assurance (QA) Visual Test for Medical
Displays Calibration
Authors:
Simone Busoni, PhD, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi; Christian Fulcheri, MS, MD; Giacomo Belli, MS, MD; Danny
Deroo, PhD; Tom Kimpe, PhD; Cesare Gori, MS, MD
For each test, the optimum dataset of disk size values (between
8 and 20mm), background values (in DDLs) and disk contrast
values (±2 and ±5 and ±7 JNDs) was defined in order to
maximize visual test effectiveness.
The number of patterns to be read to evidence a mis-calibrated
display was defined as a function of the applied calibration
luminance curve and of the ambient illuminance.
For ambient light effect detection, the optimum background was
set between 0 and 5 DDLs (for a 8bit image).
Misure di luminosità ambientale
LR
Coefficiente di riflessione speculare RS =
L0
LR luminanza apparente dell’immagine riflessa di una sorgente luminosa diffusa
L0 luminanza diretta della sorgente
Il coefficiente di riflessione è stato misurato utilizzando il fotometro telescopico e
una sorgente luminosa diffusa, nello specifico è stata utilizzata una torcia dotata di
foglio diffusore.
Barco CRT
Rs = 0.004 ± 0.001
Barco LCD
Rs = 0.006 ± 0.001
Eizo LCD
Rs = 0.001 ± 0.001
Sono valori di illuminanza molto bassi, adatti certamente per una sala di lettura di
immagini radiografiche, ma assolutamente insufficienti se si considera l’attività di
dattiloscrittura del referto. Un aumento dell’illuminanza si potrebbe compensare
aumentando la luminanza minima del monitor, subendo però in tal modo una
riduzione del rapporto di contrasto non potendo aumentare ulteriormente la
luminanza massima.
Misure di luminosità ambientale
Coefficiente di riflessione diffusa
Misure di luminosità ambientale
Coefficiente di riflessione diffusa
Se un monitor calibrato, caratterizzato da Lmax e Lmin e un rapporto di
luminanza LR =Lmax/Lmin è inserito in un ambiente con valore di
illuminzanza ambientale E (lux), la luce ambientale riflette sulla superficie
del monitor e produce una componente addizionale di luminanza emessa
dal monitor.
La luminzanza riflessa è Lamb:
Rd coefficiente di riflessione diffusa (cd / m2 per lux or sr−1)
Rd (cd/m2 per lux) o sr^-1
LCD
CRT
0.0055
0.02
Lamb (cd/m2) a 50 lux
LCD
CRT
0.25
1
Nuova tecnologia:
da CRT a LCD
LCD con contrasto su angoli ampi
Da B/N a colore
Lmax più elevati, Lmin più elevati ma LR più elevati
Coefficienti di riflessione minori
implicazioni su illuminamento ambientale e ergonometria
Med. Phys. 34 (1) January 2007
A. S. Chawla and E. Samei: Optimization of ambient light conditions
in reading rooms
ll rapporto di Iuminanza efficace in presenza di illuminamento è:
Lamb , therefore, riduce il rapporto di luminanza del monitor.
condizione 1
Basato su caratteristiche del range
dinamico del sistema visivo e su tipico
range di luminanza di una pellicola
radiografica con DO 0.1 a 2.5
Per garantire la calibrazione L’min e L’max indipendentemente dalle
condizioni di illuminamento si pone la seguente condizione:
condizione 2
LCD
mammo
CRT
Lmin
Lmax
LR
0.6 LR
Rd
lux condition 1
lux condition 2
6MP C
0.67
2MP C
0.3
5MP BN
0.7
0.35
400
240
603
264
601
800
862
754
360
480
517
453
1.05E-02 7.72E-03
CRT
5.80E-03 2.00E-02
88
88
300
36
50
35
80
15
Queste raccomandazioni assicurano un adeguato contrasto globale in
presenza dì illuminazione ambientale. Inoltre, assicurano un adeguato
livello di contrasto nelle regioni più scure delle immagini anche in presenza
di un modesto aumento imprevisto o accidentale della luminosità
ambientale.
LIMITE: Viengono trascurate le variazioni dovute all’accomodamento
visivo del sistema occhio-cervello durante la visione delle immagini.
Luminanza e contrasto
La differenza di luminanza in una immagine produce un contrasto C
Utilizzando un segnale sinusoidale, C è definito come la differenza
tra il max e min della luminanza diviso il valor medio
una definizione alternativa è “Michelson contrast”
Luminanza e contrasto
La capacità di percepire il contrasto da parte del sistema visivo varia
con la luminosità, la frequenza spaziale e altri parametri di
importanza secondaria.
La probabilità di rilevazione cresce all’aumentare dell’intensità di
modulazione; l’andamento non è lineare e può essere descritto da
una funzione psicometrica approssimabile alla funzione di
probabilità gaussiana
p = detection probability
s = signal strength
s0 = signal strength for a detection probability of 50%
σ = standard deviation of the Gaussian distribution
Luminanza e contrasto
Il livello di modulazione per cui la probabilità di rilevazione è 50% è definita
“soglia di contrasto”, CT
L’inverso della soglia di contrasto è la sensibilità di contrasto, Cs.
CT è quasi costante ad alti valori di luminanza, ma cresce rapidamente per
valori inferiori alle 10 cd/m2.
Luminanza e contrasto
La percezione del contrasto varia anche
al variare della luminanza media; il
sistema visivo umano si adatta alla
quantità media di luce che incide sulla
retina. Questo processo è definito “fixed
adaptation”, cioè uno shift della risposta
neuronale all’input luminoso.
Un osservatore umano è in
grado di adattarsi a un ampio
intervallo di valori di
luminanza, pari a
diversi ordini di grandezza (da
~10-2 a ~ 104 cd/m2). Per un
dato stato di adattamento la
funzione di risposta P può
essere approssimata dalla
funzione:
L
P=
(L+ S)
essendo L l'intensità luminosa
incidente sulla retina e S una
costante che dipende dallo
stato di adattamento
Flynn M.J., Kanicki J., Badano A., Eyler W.R., "High-fidelity Electronic Display
of Digital Radiographs", Radiographics, 19, pp. 1653-1669 (1999)
Il radiologo osserva un ampio range di valori di luminanza relativi
all’immagine su monitor passando da regioni chiare a regioni scure in
rapida sequenza arrivando ad adattarsi a un valore globale medio Ladp
corrispondente allo stato di accomodamento.
Oltre all’immagine, lo sguardo del radiologo si posiziona anche sulle
superfici riflettenti posizionate intorno al monitor, pareti, scrivania …
La luminanza riflessa dalle superfici in condizione di illuminamento E è
definita :
Rs is the diffuse reflection
coefficient of a surface material
in units of cd / m2 per lux
Andamento di Ladp con LR=600:
debole dipendenza da E.
Ls dipende linearmente da E.
La discrepanza tra Ladp e Ls
determina notevoli variazioni dello
stato di adattamento dell’occhio
quando lo sguardo passa da monitorimmagine radiografica alle superfici
prossime alla workstation.
condition 3
Minimizzare la differenza riduce
l’affaticamento visivo degli operatori
coinvolti nell’interpretazione delle
immagini radiologiche per un tempo
prolungato.
Condizione 3
0
LCD
LR=600
lux
Condizione 1
250
Condizione 2
120
Condizione 3
Rs>=0.2
CRT
LR=600
lux
Condizione 1
60
Condizione 2
35
Condizione 3
MAI
Room illumination in the 75-150 lux range and surface diffuse reflection coefficients in the practical range of 0.13–0.22 sr−1 provide
an ideal setup for typical LCDs.
Future LCDs with lower diffuse reflectivity and with higher inherent
luminance ratios can provide further improvement of ergonomic
viewing conditions in reading rooms.
A. S. Chawla and E. Samei: Optimization of ambient light
conditions in reading rooms Medical Physics,
SALA REFERTI MAMMOGRAFICA
DIAFANOSCOPIO
SPENTO
ACCESO
Luminanza immagine : 12 cd/m2
Rd pareti chiare: 0.18 sr-1
Lux ottimali per ridurre stress visivo: 60-70 lux
???????????????????
Ambient Lighting: Effect of Illumination on Soft-Copy Viewing of
Radiographs of the Wrist
Brennan AJR:188, February 2007
J Digit Imaging (2012) 25:520–526
The Effects of Ambient Lighting in Chest Radiology Reading Rooms
Benjamin J. Pollard & Ehsan Samei
1-50 lux, monitor LCD
Study findings suggest that a controlled increase of ambient lighting within darkly
lit chest radiology reading rooms, to a level more suitable for performance of
common radiological tasks, does not appear to have a statistically significant
effect on nodule detection performance
Med. Phys. 35„6…, June 2008
Object detectability at increased ambient lighting conditions
Benjamin J. Pollard
Although preliminary, the results of both experiments suggest that an increase in
reading room illuminance to a level of approximately 50 – 80 lux may maximize
radiologist comfort without sacrificing diagnostic performance
Comparison of Color LCD and Medical-grade Monochrome LCD Displays in
Diagnostic Radiology
Ha˚kan Geijer, Mats Geijer, Lillemor Forsberg, Susanne Kheddache, and Patrik Sund
Journal of Digital Imaging,Vol 20, No 2 (June), 2007
we did not find any significant difference in image quality between a medicalgrade monochrome LCD display and a color LCD display of equal spatial
resolution, neither with a contrast-detail phantom nor in a visual grading analysis
when adjustment of the grayscale was used to its full potential.
L’evoluzione della luce e
della struttura IPS ha
permesso la realizzazione di
monitor colore con
luminanza pqri ai monitor
B/N,
Il prezzo è
confrontabile
Sistema visivo umano
L’occhio umano è simile a un rivelatore di luce. Risponde a fotoni 1.70-3.35eV (370730nm). I fotoni incidenti sono focalizzati sulla retina.
La regione di messa a fuoco della retina è la fovea, che è responsabile del
riconoscimento di dettagli di oggetti ad alta luminosità (interpretazione delle immagini
diagnostiche). La fovea contiene numerose cellule (coni e bastoncelli), che convertono il
fotone assorbito in attività neurale.
I coni sono principalmente nella regione centrale della fovea e, in particolare, esiste una
regione centrale in cui sono presenti solo coni ad altissima densità. Questa regione
corrisponde a 2°dell’angolo di vista (2 cm a una distanza di 60 cm).
Sistema visivo umano
I coni sono divisi in tre tipi di cellule differenti, sensibili a differenti range di
luce visibile, corrispondenti alle lunghezze d’onda del rosso, verde e blu: ciò
ci permette di distinguere i colori.
Le cellule bastoncelli costituiscono la componente principale della regione
periferica della fovea; percepiscono solo il bianco e nero, ma sono molto
sensibili alla variazioni di luminanza e al movimento. Sia i coni che i
bastoncelli hanno una struttura colonnare con uno strato sensibile
posteriore che determina una sensibilità direzionale alla luce (rimozione
dello scattering).
La risposta dell’occhio in condizioni di luce
normale è max alla lunghezza d’onda verdegiallo.
Al buio la risposta dell’occhio a verde giallo
è molto ridotta; la risposta max è al violettoblu
Visione
fotopica
Visione
scotopica
Visione fotopica
• colore
x
y
mammo barco
0.269
0.359
mammo eizo
0.292
0.319
barco 6 MP
0.299
0.339
barco 2 MP
0.304
0.327
bianco
0.333
0.333
punto di bianco per diverse tipologie di monitor
punto di bianco
Dipendenza angolare della luminanza
Dipendenza angolare della luminanza
2MP
3MP
Contrast Ratio
800
700
5MP
5MP mammo
600
6 MP
500
400
300
200
100
0
-90
-60
-30
0
30
60
90
Horizontal viewing angle ( ° )
S. Busoni Ospedale Careggi
2002
2007
• Angolo e colore
• Angolo e colore
Black
Black
White
White
Il colore è molto più sensibile alle variazioni di angolo di vista e
all’illuminamento rispetto alla luminanza
i dispositivi di visualizzazione non coprono completamente il gamut
dell’occhio umano
E’ necessaria una calibrazione in colore del monitor
I monitor a LED hanno una maggior copertura del gamut di colore
just-noticeable-difference (JND)
La percezione del colore da parte del
sistema occhio cervello dipende dal
colore.
E’ necessaria una calibrazione in colore
in analogia alla calibrazione in
luminanza
Gruppo di lavoro AAPM TG196
Ergonometria
Sono riportati in letteratura numerosi esempi di disturbi del
medico radiologo legati all’attività di refertazione a workstation
“Carpal and cubital tunnel syndromes are on the rise among
radiologists as are complaints of shoulder, neck and back pain
and eyestrain”
I fattori ambientali come la scelta dell’illuminzazione, il rumore e la
posizione dell’operatore e dei monitor influenza l’attività di
refertazione.
Evitare le sale referti centralizzate
Sale referti individuali semplificherebbero la gestione del rumore,
luminosità, riflessi, temperatura e umidità ambientale.
La soluzione più realistica e accettabile è quella di sale lettura di 2 o
4 postazioni massimo meglio se posizionate nella regione centrale e
non lungo il perimetro della sala.
Separare le stazioni con monitor a colori da quelle in bianco e nero (la
luce ambientale fredda e blu aiuta la percezione dei dettagli per il
monitor B/N mentre dove si refertano immagini 3D del cuore e delle
ossa è preferibile utilizzare luce rossa o gialla rispettivamente o, almeno,
luce calda daylight
luce diffusa 90% e Luce diretta 10%
La seduta ideale per ridurre lo stress e l’affaticamento muscolare:
•Supporto per rachide lombare
•Altezza e profondità della schienale regolabile
•Braccioli regolabili in altezza e larghezza
•Poggiatesta regolabile
•poggiapiedi
•La scrivania deve essere regolabile in altezza e permettere anche la
posizione eretta
•Pannelli fonoassorbenti per ridurre il rumore
•Regolatore individuale di temperatura e umidità
•Software ergonomico, mouse orgonomico e comandi vocali