Praktikum Radiologische Bildgebung in Medizin und Technik

Praktikum Radiologische Bildgebung in Medizin und Technik
Kalibrierung von radiologischen
Bildwiedergabegeräten
Name:
Matr.-Nr.:
Name
Matr.-Nr.:
Prof. C. Blendl
Stand: Juni 2007
Inhalt
1.
Allgemeines
3
1.1 Anwendungskategorien
1.1.1
Anwendungskategorie A
1.1.2
Anwendungskategorie B
1.1.3
Anwendungskategorie C
1.2.
Inhalt von DICOM, Part 14
3
3
3
4
4
2. Material und Geräte
4
2.1.
2.2.
2.3.
Prüfmittel
Testbilder
Software
5
5
6
3.
visuelle Monitorkalibration
6
4.
Prüfung nach DIN 6868-57
7
5. Prüfprotokoll nach DIN V 6868-57
9
6. Tabelle
12
2
1.
Allgemeines
Ziel dieses Versuches ist es, einen jederzeit nachvollziehbaren und wiederholbaren
Arbeitsablauf zu erarbeiten um einen Monitor so zu kalibrieren, dass sowohl die Anforderungen nach DIN als auch die Richtlinien nach DICOM beachtet werden.
Bei Bildwiedergabesystemen, hier Siemens Simomed HM54 und ein LCD-Display,
kann jede Einzelkomponente die Bildqualität des Systems begrenzen oder herabsetzten. Darum ist es erforderlich, geeignete Maßnahmen zur Qualitätsüberwachung
durchzuführen. Sind Bildwiedergabegeräte (BWG) und Bilddokumentationssysteme
(BDS) ordnungsgemäß justiert und gewartet, sollten die Geräte gleich bleibend ähnliche Bilder erzeugen. Als Grundlage der Überprüfung dient die DIN 6868- 57: Abnahmeprüfung an Bildwiedergabegeräten. Je nach Verwendungszweck müssen die
BWG´s bestimmten Anforderungen genügen, die in Anwendungskategorien A, B und
C eingeteilt sind. Außerdem muss die Wiedergabekennlinie des Bildwiedergabegerätes dem menschlichen Sehsystem angepasst sein. Hierzu erwähnt die DIN V 6868-57
zwei Verfahren. Die Methode nach CIE und die Methode nach ACR/NEMA, die beide
geeignet sind.
Abbildung 1: Vergleich CIE und ACR/NEMA
1.1 Anwendungskategorien
1.1.1 Anwendungskategorie A
Diese Bildwiedergabegeräte haben besonders hohe Anforderungen bezüglich der Bildqualität zu erfüllen (min. 1.000 x 1.000 Bildelemente
bzw. 2000 x 2500 Pixel für die Mamografie). Zu dieser Kategorie gehören alle Bildwiedergabegeräte, mit denen digitale Aufnahmen befundet werden (Projektionsradiographie mit Speicherfolien oder Festkörperdetektoren)
1.1.2 Anwendungskategorie B
Alle die nicht der Anwendungskategorie A angehören und zur Bildbetrachtung dienen. Dazu gehören BWGs für die Befundung von digitalen Aufnahmen der dentalen Radiographie, der Durchleuchtung, der
3
Subtraktionsangiographie sowie radiologische Schnittbildverfahren
(CT, MRT, Sono) und nuklearmedizinische Verfahren.
1.1.3 Anwendungskategorie C
BWGs dieser Kategorie dürfen nicht zur Befundung medizinischer
Aufnahmen eingesetzt werden. Sie dienen z.B. als Kontrollmonitore für
Funktions- oder Bedienungsabläufe.
1.2.
Inhalt von DICOM, Part 14
In Teil 14 des DICOM-Standards wird die standardisierte GSDF zur
Wiedergabe von Graustufenbildern beschrieben. D. h., es wird eine Funktion
beschrieben, die darzustellenden Leuchtdichtepegeln Pixelwerte zuordnet1.
Diese Funktion basiert auf der Kontrastempfindlichkeit des menschlichen
Sehsystems nach dem Modell von Barten. Unabhängig von den Eigenschaften
des jeweiligen Bildwiedergabegerätes soll mit Hilfe der GSDF erreicht werden,
dass der wiederzugebende Grauwertbereich empfindungsgemäß
gleichabständig dargestellt wird.
Die GSDF ist durch mathematische Interpolation der 1023 Luminanzwerte
definiert, die aus dem Modell von Barten abgeleitet sind. Die Umrechnung in
Luminanzwerte L als Funktion des JND j erfolgt nach der Formel:
a + c ⋅ ln j + e ⋅ (ln j) 2 + g ⋅ (ln j) 3 + m ⋅ (ln j) 4
log10 L( j) =
1 + b ⋅ ln j + d ⋅ (ln j) 2 + f ⋅ (ln j) 3 + h ⋅ (ln j) 4 + k ⋅ (ln j) 5
mit: j = 1, 2, 3, …, 1023
a = - 1,3011877
b = - 2,5840191⋅10-2
c = 8,0242636⋅10-2
d = - 1,0320229⋅10-1
e = 1,3646699⋅10-1
f = 2,8745620⋅10-2
g = - 2,5468404⋅10-2
h = - 3,1978977⋅10-3
k = 1,2992634⋅10-4
m = 1,3635334⋅10-3
2. Material und Geräte
Abbildung 2 zeigt den Aufbau des Arbeitsplatzes mit der verwendeten Hardware.
1
In Part 14 wird nicht nur das Bildwiedergabegerät allein beschrieben, sondern das Bildwiedergabesystem bestehend aus dem Monitor mit seiner zugehörigen Elektronik (softcopy) und Drucker(n) (hardcopy), die Filme
produzieren, die an Leuchtkästen betrachtet werden (Durchlicht) oder Aufsichtsdrucke erzeugen. Also Bildwiedergabesysteme generell. Im Rahmen dieser Arbeit wird aber nur der Monitor betrachtet.
4
Abbildung 2: Arbeitsplatzaufbau
mit:
1. CRT-Monitor, Siemens SIMOMED HM 54, V01.74
2. Maus
3. Tastatur
4. PC, Betriebssystem: Windows 2000
5. Leuchtdichtemessgerät, Minolta LS 100
2.1.
Prüfmittel
Als Prüfmittel wird ein Leuchtdichtemessgerät verwendet, das wenigstens den Bereich
von 0,05 cd/m² bis 1.000 cd/m² abdeckt. Der Messwinkel muss < 5° betragen. Die relative spektrale Empfindlichkeit muss der Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ) für photopisches Sehen angepasst sein. Messgeräte, die das Umgebungslicht abschatten dürfen nicht verwendet werden.
2.2.
Testbilder
Ein Satz von Testbildern besteht aus:
• technischen Testbildern die ein Standard- Eingangssignal liefern in unserem Fall das SMPTE- Testpattern
•
klinische Testbilder, die typisch für die vorgesehene Anwendung sind
(klinische Referenzbilder)
5
Mit Hilfe der Testbilder wird die Bildqualität des Bildwiedergabegerätes einschließlich der verwendeten Bildelektronik geprüft.
2.3.
Software
Service Tool for grayscale monitors - Kalibrierungssoftware von Siemens:
Zu dem verwendeten Monitor gibt es eine Software, die es ermöglicht
Einstellungen am Monitor vorzunehmen.
IrfanView (www.irfanview.com)
Ist eine Freeware zur Bilddarstellung und Konvertierung, die auch DICOM
Bilder darstellen kann.
3.
visuelle Monitorkalibration
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
8.
BWG reinigen.
Raumlicht so anpassen, dass es keine sichtbaren Spitzlichter auf der Mattscheibe gibt.
Monitor einschalten und mindestens 60 min. oder nach Herstellerangaben
betreiben (hier 20 min.)
Helligkeits- und Kontrastregler auf den niedrigsten Wert einstellen.
Den Helligkeitsregler so einstellen, das die Zeilenstruktur gerade Sichtbar
wird (optischer Cut off).
Betrachtungssoftware starten und SMPTE-Testpattern öffnen.
Bild im Vollbildmodus darstellen.
Mit dem Kontrastregler den gewünschten Wert der maximalen Leuchtdichte anhand des 100% Feldes einstellen.
Visuelle Beurteilung des Kontrastunterschiedes zwischen dem 5% Feld
und dem 0% Feld bzw. zwischen dem 95% Feld und dem 100% Feld auf
Gleichabständigkeit.
6
9.
10.
11.
4.
Ist eine visuell empfundene Gleichabständigkeit gegeben, ist der Justagevorgang beendet. Falls nicht, ist mit dem Helligkeitsregler in sehr kleinen
schritten zu korrigieren.
Gegebenenfalls Korrektur der maximalen Leuchtdichte unter Beobachtung
der Gleichabständigkeit in den jeweiligen Testbildern.
Gegebenenfalls Schritt 8 und 9 so oft wiederholen, bis eine visuelle Gleichabständigkeit der Kontrastunterschiede erreicht ist. Dabei ist auf eine
ausreichende Dynamik zu achten.
Prüfung nach DIN 6868-57
1.
2.
3.
4.
5.
6.
BWG von Verschmutzungen befreien (z.B. Fingerabdrücke und Staub)
BWG am Geräteschalter ausschalten.
Schleierleuchtdichte2 (Ls) messen und notieren.
Monitor am Geräteschalter einschalten und mindestens 60 min. oder nach
Herstellerangaben betreiben( hier 20 min.).
Mit dem Leuchtdichtemessgerät die minimale Leuchtdichte3 (Lmin) und die
maximale Leuchdichte4 (Lmax) auf dem verwendeten Testbild messen. Wobei darauf zu achten ist, dass das Messergebnis nicht durch Abschattung
beeinflusst wird.
Erforderliche minimale Leuchdichte bei gemessener Schleierleuchtdichte
(in unserem Fall Anwendungskategorie A)
Ls [cd/m²]
1,0
3,0
5,0
2,5
5,0
7,5
Anwendungskategorie A
Anwendungskategorie A
Anwendungskategorie A
Anwendungskategorie B
Anwendungskategorie B
Anwendungskategorie B
7.
Lmax [cd/m²]
>100
>300
>500
>100
>200
>300
Bei Bildwiedergabegeräten der Anwendungskategorie A muss das VerhältL
nis max > 100 sein.
Lmin
2
In diesem Sinne: auf dem Bildschirm messbare Erhöhung der Leuchtdichte, hervorgerufen durch Reflexion des
Umgebungslichtes
3
0% Feld des SMPTE-Testpattern
4
100% Feld des SMPTE-Testpattern
7
8.
9.
10.
11.
12.
Bei Bildwiedergabegeräten der Anwendungskategorie B muss das VerhältL
nis max > 40 sein.
Lmin
Dieses Verhältnis wird auch als Maximal-Kontrastwert bezeichnet und orientiert sich mit 100 an den Bedingungen für Filmbetrachtung. Kontrastwerte bis 320 erscheinen als Sinnvoll.
Nun wird die Helligkeitsabweichung zum Rand gemessen. Dazu wird die
Leuchtdichte am Punkt M15 gemessen und als Referenzwert angenommen.
Als nächstes
werden
die
Punkte E16,
E27, E38 und
E49 gemessen
und jeweils
mit
M1
verglichen.
Wobei
die
Abweichung
in
unserem
Anwendungsfall nicht mehr als -30% betragen darf.
Nun wird die Monitorkennlinie wie folgt erstellt.
Es werden alle Dichtewertfelder von 100% bis 0% (in 10% Schritten) mit
dem Leuchtdichtemessgerät ausgemessen und festgehalten.
Die Bezeichnung/ Seriennummer der verwendeten Messgeräte und der zu
messenden Geräte sind zu notieren.
unter dem Ordner „Eigene Dateien“ ist ein eigener Ordner zu erstellen
(rechte Maustaste auf den leeren Desktop klicken im erscheinenden Menü
auf „Neu“ und dann mit der linken Maustaste auf „Ordner“ klicken. Ein
Ordner mit dem Namen „Neuer Ordner“ erscheint. Mit der rechten Maustaste auf den Ordner klicken und im folgenden Menü mit der linken Maustaste „Umbenennen“ anklicken. Der Ordnername besteht aus Gruppennummer und Semester, z.B. „G02_SS05“.
Alle gemessenen Werte sind nun in die bereitgestellte Exceltabelle zu übertragen und mit der „Speichern unter“-Funktion in dem eigenen Ordner zu
speichern. („Datei“ Æ „Speichern unter“)
5
50% Feld des SMPTE-Testpattern
links oben
7
rechts oben
8
links unten
9
rechts unten
6
8
5. Prüfprotokoll nach DIN V 6868-57
Seite 1
Nach DIN
6868-57
Sicherung der Bildqualität in medizinischen bilderzeugenden Geräten
Abnahmeprüfung an Bildwiedergabegeräten
Betreiber:
Prof. Dr. C. Blendl
FH Köln
Datum der Abnahmeprüfung: 12.05.04
1. Standort
1.1 Institut:
1.1.1 Abteilung:
1.1.2 Geräteverantwortlicher:
1.1.3 Aufstellungsort, Raum-Nr.:
1.1.4 Beschreibung des Aufstellungsort:
1.2 Bildwiedergabegerät
1.2.1 Art:
1.2.2 CRT/Flachbild:
1.2.3 Hersteller:
1.2.4 Typ/Version:
1.2.5 Seriennummer:
1.2.6 Anwendungskategorie:
IMP
Photoingenieurwesen und Medientechnik
Prof. Dr. C. Blendl
ZW 10-22
Dunkelraum
Monochrom
CRT
Siemens
SIMOMED HM 54 / V01.74
5609
A
1.3 Bilderzeugende Geräte
1.3.1 Art:
1.3.2 Hersteller:
⎯
⎯
1.4 Testbildquelle
smpte.jpg (SMPTE-Testbild)
2 Ist das Bildwiedergabegerät gemäß den Herstellerangaben installiert?
(Installations-, Montage- und Einstellvorschriften): ja
3 Anschluss
3.1 Bildwiedergabegerät direkt am bilderzeugenden Gerät?
3.2 Bildwiedergabegerät einer PACS-Workstation?
nein
nein
4 Leuchtdichtemessgerät (Abnahmeprüfer Bildwiedergabegerät)
Typ:
Minolta LS 100
Seriennummer:
5 Betrachtungsbedingungen am Aufstellungsort
Gemessene Schleierleuchtdichte:
LS = 0,02 cd/m2
Verwendete Weißleuchtdichte des Bildwiedergabegerätes:
L = 130,9 cd/m2
Grenzwert für Anwendungskategorie A: L/Lmin> 100
L/LS = 6545
Grenzwert eingehalten?
ja
6 Reinigung der Frontscheibe durchgeführt?
9
ja
V
Seite 2
Nach DIN V
Sicherung der Bildqualität in medizinischen bilderzeu6868-57
genden Geräten
Abnahmeprüfung an Bildwiedergabegeräten
7 Grauwertwiedergabe
7.1 Verwendetes Testbild:
SMPTE-Testbild
Ist das 5%-Feld und das 95%-Feld deutlich sichtbar gegen die Umgebung (0% bzw. 100%) abgebildet und erscheint in der Kontrastabstufung gleichabständig?
7.2 Maximal-Kontrast
7.2.1 Messwert Lmax = 130,9 cd/m2
7.2.2 Messwert Lmin = 0,512 cd/m2
7.2.3. Grenzwert für Anwendungskategorie A: MK ≥ 100
Grenzwert eingehalten?
ja
MK = Lmax/Lmin = 255,7
ja
8 Geometrische Bildeigenschaften
Anmerkung: Die geometrischen Einstellungen wurden mit dem zum Monitor mitgelieferten
Service Tool vorgenommen (s. Abschnitt 3.2 Software).
9 Visuelle Beurteilung der Auflösung (anhand SMPTE-Testbild)
Strichraster
100 %
5%
3%
Zentrum
horizontal
ja
ja
ja
vertikal
ja
ja
ja
Ecke links oben
horizontal
ja
ja
ja
vertikal
ja
ja
ja
Ecke rechts oben
horizontal
ja
ja
ja
vertikal
ja
ja
ja
Ecke links unten
horizontal
ja
ja
ja
vertikal
ja
ja
ja
Ecke rechts unten
horizontal
ja
ja
ja
vertikal
ja
ja
ja
Für die Bewertung gilt, dass die Linien der Strichraster im überwiegenden Teil der Gesamtlänge erkannt werden müssen.
10 Visuelle Beurteilung der Zeilenstruktur
Paarigkeit der Zeilen sichtbar?
nein
Rücklaufzeilen sichtbar?
nein
11 Farbbezogene Gesichtspunkte
Konvergenzeinstellung in Ordnung?
Gibt es farbstichige Zonen im Bild? nein
ja
12 Visuelle Beurteilung der klinischen Referenzbilder
Anmerkung: Nach DIN muss ein Arzt ein klinisches Referenzbild betrachten und zu beurteilen. Er muss die Qualität akzeptieren.
10
Seite 3
Sicherung der Bildqualität in medizinischen bilderzeugenden Geräten
Abnahmeprüfung an Bildwiedergabegeräten
13 Abweichung der Leuchtdichte innerhalb des Bildes
(Lage der Messpunkte M1, E1, E2, E3 und E4 siehe Anhang B)
M1: 24,86 cd/m2
∆L = -21,32 %
E1:
19,56 cd/m2
Abweichung zu M1:
2
∆L = -22,04 %
E2:
19,38 cd/m
Abweichung zu M1:
2
∆L = -18,62 %
E3:
20,23 cd/m
Abweichung zu M1:
∆L = -16,13 %
E4:
20,85 cd/m2
Abweichung zu M1:
Grenzwert für Anwendungskategorie A: -30 %
Nach DIN
6868-57
V
14 Artefakte
Generell gilt: In den für die Diagnostik wichtigen Bereichen des Bildes dürfen keine Artefakte vorhanden sein.
14.1 Fehlstellen
Sind punktförmig, dunkle/helle Fehlstellen sichtbar?
nein
14.2 Geisterbilder
Sind Geisterbilder sichtbar?
nein
14.3 Überschwinger
Sind Überschwinger sichtbar?
nein
14.4 Helle/dunkle Flecken
Sind helle/dunkle Flecken sichtbar?
nein
14.5 Diagonale weiße Linien
Sind diagonale weiße Linien sichtbar?
nein
15 Bildinstabilitäten
15.1 Flimmern
Wird Flimmern festgestellt?
nein
15.2 Horizontale/vertikale Bewegung des Bildes
Werden horizontale/vertikale Bewegungen des gesamten Bildes festgestellt?
nein
15.3
Zeitweise geometrische Verzeichnungen innerhalb des Bildes
Bleiben die Gitternetzlinien über ca. 1 Minute stabil an ihrem Ort?
Werden Bewegungen innerhalb des Bildes festgestellt?
11
ja
nein
6. Tabelle
Luminanz als Funktion des JND-Indexes für eine Luminanzbreite von 0,05 cd/m2 bis 4000
cd/m2 nach DICOM, Part 14
JND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
L(j)
0,0500
0,0547
0,0594
0,0643
0,0696
0,0750
0,0807
0,0866
0,0927
0,0991
0,1056
0,1124
0,1194
0,1267
0,1342
0,1419
0,1498
0,1580
0,1664
0,1750
0,1839
0,1931
0,2025
0,2121
0,2220
0,2321
0,2425
0,2532
0,2641
0,2752
0,2867
0,2984
0,3104
0,3226
0,3351
0,3479
0,3610
0,3744
0,3880
0,4019
0,4161
0,4306
0,4454
0,4605
0,4759
0,4916
0,5076
0,5239
0,5405
0,5574
0,5746
0,5921
JND
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
L(j)
15,3948
15,5524
15,7114
15,8715
16,0329
16,1956
16,3596
16,5248
16,6913
16,8591
17,0283
17,1987
17,3704
17,5435
17,7179
17,8937
18,0708
18,2493
18,4292
18,6104
18,7931
18,9771
19,1625
19,3494
19,5377
19,7274
19,9186
20,1112
20,3053
20,5009
20,6979
20,8964
21,0965
21,2980
21,5011
21,7057
21,9119
22,1196
22,3288
22,5397
22,7521
22,9661
23,1817
23,3989
23,6178
23,8382
24,0604
24,2841
24,5096
24,7367
24,9655
25,1960
JND
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
12
L(j)
131,0163
131,9735
132,9372
133,9072
134,8837
135,8666
136,8561
137,8521
138,8547
139,8640
140,8799
141,9026
142,9320
143,9683
145,0114
146,0614
147,1184
148,1824
149,2533
150,3314
151,4166
152,5090
153,6085
154,7154
155,8295
156,9510
158,0799
159,2163
160,3601
161,5115
162,6705
163,8372
165,0115
166,1935
167,3834
168,5811
169,7866
171,0001
172,2216
173,4512
174,6888
175,9346
177,1885
178,4507
179,7213
181,0001
182,2874
183,5831
184,8874
186,2002
187,5216
188,8517
JND
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
L(j)
760,6561
765,7010
770,7786
775,8889
781,0322
786,2088
791,4187
796,6623
801,9398
807,2514
812,5972
817,9776
823,3926
828,8427
834,3280
839,8486
845,4049
850,9971
856,6254
862,2901
867,9913
873,7293
879,5044
885,3168
891,1667
897,0544
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