Download Clase nib monitores2010 - Nucleo de Ingenieria Biomedica

Núcleo de Ingeniería Biomédica
Monitores para diagnóstico en
Imagenología médica
Daniel Geido
Introducción
Etapas:
Adquisición.
 Procesamiento.
 Visualización.

Adquisición
Adquisición de los datos realizado en el equipo de
imagen.
 Características físicas y técnicas del equipo influirán
en la calidad de imagen:
 Resolución espacial.
 Resolución de contraste.
 Relación señal/ruido.
 MTF (Modulation Transfer Function).
 Uniformidad.
 Otros.

Adquisición





En ciertos equipos (modalidades), como ser:
 Tomografía Computada CT.
 Resonancia Magnética MR.
 Medicina Nuclear NM.
 Ecografía US.
 Angiografía DSA.
Es mucho mas común que posean salida digital (aunque no siempre).
Otros como:
 RX convencional.
 RX portátiles.
 Arcos en C
 Mamografía.
 Fluoroscopía.
 Etc.
No es común que la tengan y hay que digitalizarlos
Tenemos 2 maneras de hacer esto:
 Forma directa (se verá en la clase de RX Digital).
 Forma indirecta (uso de escáners).
Flujo de trabajo con radiografia
convencional
Identificadora
+
Chasis con película virgen
Diagnóstico
Imagen latente
y
Película revelada
Médico radiólogo
Reveladora
Equipos de
RX
analógicos
Archivo
Digitalización con CR

CR (Computed Radiography):

Esta en el límite entre ser un método directo o indirecto.

Se sustituye la placa convencional por una placa con capacidad de
memoria:



Placa de fluorobromo de bario, los Rx hacen que electrones pasen de
un estado de baja energia a uno de mas alta. Al volver a su estado de
reposo emitirían, pero esto es impedido mediante “trampas” existentes
en la placa.
Dicha placa se coloca en el CR quien realiza un barrido punto a punto
con un laser de He-Ne de 633nm, provocando la liberación de las
“trampas” y volviendo a su estado de reposo emitiendo luz azul de
aprox 400nm. Dicha luz es captada y convertida en una señal eléctrica.
Luego la placa se borra sometiendola a luz intensa quedando lista para
un nuevo uso, llegan a durar alrededor de 3000 reusos.
Flujo de trabajo con radiografia computada,
CR
Impresora laser de
placas
Archivo
Chasis con película borrada
Chasis expuesto
Imagen digital
Imagen latente
Lector de chasis, CR
Equipos de
RX
analógicos
Estación de
previsuaización e
identificación de
paciente (ingreso manual
o captura de datos)
Se borra la pelicula
Consola de diagnóstico
Digitalización en forma indirecta

Digitalizador de placa:

Fotografiar, con una cámara montada en un soporte, la placa sobre
un negatoscopio de suficiente intensidad.

Sistema CCD: es un escáner en el cual se ilumina la placa y
mediante detectores del tipo Charged Coupled Device se captura la
información, es necesario iluminar la placa de ambos lados.

Tecnología láser: se utiliza luz láser para iluminar la placa y
mediante fotomultiplicadores se captura la imagen.
Solo los dos ultimos son aceptados por la ACR (American College of
Radiology)

Capturadoras de video (frame grabbers):

Se utilizan tarjetas digitalizadoras para capturar la señal de video
proveniente del equipo. Para equipos con salidas de video tipo
PAL, NTSC bastan capturadores comunes, pero para otros casos
como DSA por ejemplo se requieren tarjetas especiales, dadas las
características de la señal.
Flujo de trabajo con digitalizadores
indirectos
Arco en C
Archivo
Impresora laser de
placas
Capturadora
de video
Escáner de placas
Chasis expuesto
Imagen digital
Película
Imagen latente
revelada
Consola de diagnóstico
Reveladora
Equipos de
RX
analógicos
Importante!
Procesamiento y visualización
Procesamiento y visualización realizado en PCs y
Monitores.
 Características técnicas del software, tarjetas de video
y monitores influirán en la calidad de imagen:
 Software: procesamiento de imágenes, no tratado en
esta clase.
 Tarjetas de video y monitores:
 Curva gama, GSDF según Dicom.
 Luminancia.
 Resolución.
 LUT utilizada.
 Contraste.
 Otros

Visualización - Monitores


Es muy importante definir imágenes de que modalidad se van a
visualizar para elegir el monitor adecuado, no siempre mas
resolución es mejor y menos de lo necesario no es adminsible.
Una de las clasificaciones más usadas es la establecida por la
norma IEC 61223-3-6 (“Evaluation and routine testing in
medical imaging departments - Part 3-6 Acceptance Tests Image Display Devices”):

US (ultrasonido) y NM (medicina nuclear).

CT (tomografía computada) y MR (resonancia magnética).

Radiografía y fluoroscopía.

Mamografía.
Monitores CRT
• Se utiliza un tubo de rayos
catódicos.
• El fósforo es iluminado al
incidir sobre él electrones
provenientes del haz que emite
el cátodo y es acelerado con alta
tensión hacia el ánodo.
• Las bobinas de deflexión son
utilizadas para barrer toda la
pantalla de izquierda a derecha y
de arriba hacia abajo.
• En el caso de monitores color
hay 3 haces que activan fósforo
de 3 colores R, G y B en la
pantalla.
Monitores LCD
• El tubo emite luz.
• El cristal líquido (LC) es capaz
de cambiarle su polarización de
acuerdo al campo magnético
aplicado por el TFT.
• La combinación LC y los
cristales polarizados horiz y
vertical hacen que cada pixel esté
más o menos apagado.
• Los filtros de color solo dejan
pasar la componente de luz
correspondiente R, G o B.
• En el caso de monitores ByN los
filtros de color son eliminados
LCD vs CRT
Característica
LCD
CRT
Brillo
Producen imágenes mas brillantes debido a su alta intensidad. Son
muy apropiados para usar en entornos iluminados externamente.
Menos brillantes que los LCD y reflejan mucho la luz
exterior, no son buenos para usar en entornos con
mucha luz
Emisiones
Producen campos electromagnéticos mucho menores que los CRT.
Emiten radiación electromagnética, rayos X..
Distorsión geométrica
No tienen distorsión en su resolución nativa, algo en otra resolución
Alta distorsión, hay controles para mejorarla.
Consumo de energía
Muy eficientes, consumen 1/3 menos de enrgía que los CRT, no
producen casi calor.
Consumen mas y disipan mucho mas.
Tamaño
Son mucho mas finos, tamaño hasta un 40% menor que CRT
Mas grandes y mucho mas pesados.
Forma de la pantalla
Son completamente planos
Los antiguos tenían una pantalla curva, los mas nuevos
ya eran planos pero voluminosos..
Nitidez
Muy nítidos en su resolución nativo, no tanto en otras
Si comparamos con los LCD en su resolución nativa, Los
CRT son menos nítidos aunque es ajustable.
Píxeles malos
En los LCD domésticos puede haber varios muertos o fallando, en los
grado médico esto no sucede.
Es muy raro, a los sumo 1 o 2 que problemas de fósforo.
Nivel de negros
Son malos para lograr negros, siempre tienen un deje grisáceo.
Producen muy buenos negros por su principio de
funcionamiento
Contraste
El producir malos negros hace que el contraste no sea tan bueno pero
hoy en día llegan a grandes valores.
Producen buen contraste dados sus buenos negros.
Costo
Mas caros que los CRT pero con una vida mucho mas larga.
Baratos pero con menos vida util.
Niveles de grises
Niveles de grises discretos al ser digital, usualmente 256 o mas en
monitores grado médico.
Escala continua de ajuste de grises.
Artefactos de movimiento
En principio tenían tiempo de respuesta bajos, hoy en dia han
mejorado. No muy importante en aplicaciones médicas.
Buen tiempo de respuesta.
Envejecimiento
Envejecimiento del backlight, independiente de la imagen mostrada.
Envejecimiento del fósforo, dependiente de la imagen
mostrada.
Resolución
Muy buenos en su resolución nativa, no tanto en otras.
No es necesario ajuste si se sale de su resolución nativa.
Angulo de visión
Ángulos de visualización bastante acotados, mucha variación de
contraste y color al mirarlo no perpendicular. Esto esta muy mejorado
en los grado médico.
Buena visibilidad de diversos angulos.
Parámetros importantes de un
monitor



Existe una serie de parámetros que van a
definir las prestaciones de un monitor.
Varios de ellos son fundamentales a la hora de
distinguir un monitor grado médico a uno
estándar doméstico.
Importantes:





Resolución.
Luminancia.
LUT, GSDF.
Contraste.
Etc.
Tamaño




Medida de la longitud de la diagonal del
monitor. Se mide en pulgadas.
El tamaño máximo para uso en diagnóstico es
21”. 18”, 19”, 20” o 21” son los usados.
Tamaños mayores no se usan, no confortables
para visualización a una distancia típica de 18”,
produce fatiga muscular en cuello y cansancio.
Considerar tamaño del marco, 0,5” a 2” en LCD
y hasta 3” en CRT. Importante en uso de
múltiples monitores.
Resolución




Es el número de píxeles que posee el monitor.
Pixel: pix = picture, el = element.
Es la únidad básica de la imagen mostrada por
un monitor.
La resolución es el número total de píxeles con
que cuenta el monitor, cuantos píxeles
horizontales y verticales.
Resolución por modalidad



Existen 2 grandes categorías a considerar.
Radiografia y todo lo demás.
Aquellas modalidades cuyas imágenes
originalente eran o son obtenidas mediante
exposición directa del film requieren mas alta
resolución. Esto es:



Radiografía convencional (tórax-abdominal,
huesos, etc) ya sea digitalizada mediante CR o DR.
También quedaría incluida mamografía (técnica de
mayor resolución debido a la visualización de micro
calcificaciones)
Todo lo demás: CT, MR, US, NM, Fluoroscopia,
Angiografía, etc.
Usar mas resolución de la necesaria no es
Luminancia

Intensidad luminosa:




Cantidad de flujo luminoso (lumenes) que emite
una fuente por unidad de ángulo sólido.
Unidad: candela (cd)
1cd = 1lm/sr.
Luminancia:


Densidad angular y superficial de flujo luminoso
que emerge de una superficie siguiendo una
dirección determinada.
Unidad: cd/m2 = nit.
JNDs

Just Noticiable Difference.

Definido en la norma Dicom.






Es la diferencia de luminancia mas pequeña que el ojo humano
promedio puede percibir en ciertas condiciones visualización y
niveles de iluminación.
Mayoría de los displays tienen 256 niveles de gris.
Se busca que el médico que va a realizar el informe visualice
correctamente todos los niveles.
Para esto necesito al menos 200cd/m2 de luminancia del
monitor utilizado.
CRTs max. aprox. 400cd/m2, LCD max. aprox. 1000cd/m2.
Mas luminancia es mejor?, mayor luminancia = mayor
JNDs/nivel de gris, pero…….
Curva Dicom GSDF

Proceso de representación de una imagen en un
monitor. Pasos:

Volcado de la matriz de imagen digital en la memoria de la
tarjeta de video.

Corrección de los valores digitales, a niveles digitales DDLs
mediante uso de la LUT ("Lookup Table") preestablecida
(curva gama).

Conversión D/A mediante un DAC, teniendo así niveles de
tensión analógica a ser aplicado al monitor.

Transducción de valores de voltaje en valores de luminancia
en la pantalla del monitor


En CRT, tensión aplicada sobre los electrones que incidirán sobre el
fosforo del minotor variando así la luminancia de cada pixel.
En LCD será la tensión aplicada a cada pixel de la matriz TFT.
Curva Dicom GSDF




Es tal vez uno de los parámetros que mas distingue a
un monitor grado médico.
Cada monitor tiene su curva gama y por lo tanto una
misma imagen se ve diferente según el monitor que
en el que se la mire. Esto es inadmisible para
imágenes médicas.
El estándar Dicom, define cual debe ser esa curva
gama para un monitor grado médico, monitor que será
utilizado en el diagnóstico de imágenes médicas.
Dicha curva recibe el nombre de GSDF (Grayscale
Standard Display Function).
Curva Dicom GSDF
• El ojo humano no tiene un comportamiento lineal en cuanto a
lo que ve de una escala de grises.
• Curva de Barten.
1000
~150 cd/m2
L2
100
Incremento
en luminancia
L1 << L2
10
L1
1
~3 cd/m2
0,1
0
200
J1
400
Niveles de percepción J1 = J2
600
J2
Curva Dicom GSDF

El ojo humano es mas sensible en los negros que en los
blancos, es capaz de diferenciar más niveles de gris con
menos luminancia.
Curva Dicom GSDF





Lo que busca dicha curva de corrección es una relación lineal
en la percepción de los tonos de gris.
Se debe utilizar una LUT adecuada para realizar esa
corrección.
LUT (Look-Up Table): espacio de memoria entre la tarjeta de
video y el monitor que mapea los niveles de entrada digitales
(DDLs) en valores de luminancia que son mostrados en el
monitor.
Dicha LUT pude estar en la propia tarjeta de video y
“compensar” la curva gama del monitor o puede estar en el
propio monitor grado médico.
Se dice que la LUT tiene x bits de entrada e y bits de salida, por
ejemplo 8-10 o 10-10. Además z bits de ancho que depende
del niveles de grises que es capaz de mostrar el monitor.
Curva Dicom GSDF

Ejemplos:
Curva Dicom GSDF

Ejemplos:
Relación de contraste









Indica que tan negro son los negros y que tan blancos son los
blancos.
Es la relación que existe en entre el nivel de mínima y el de
máxima luminancia.
Existen varias formas de medirlo y muchas veces no es
comparable de forma simple entre diversos fabricantes.
Muy dependiente de las condiciones del ambiente, luz externa
reflejada en el monitor.
Relación de contraste estático: es la diferencia máxima que se
puede lograr de blanco a negro en un mismo momento de
tiempo en una misma imagen mostrada en el monitor.
Relación de contraste dinámico: igual a la estática pero puede
ser en instante de tiempo, en imágenes mostradas, diferentes.
Variación del backlight.
Estrategia de marketing.
Relación de contraste. 300:1, 700:1, 1000:1, etc.
Es muy importante el cambio con el ángulo de visualización
Relación de contraste

Métodos de medida:



"full on/off contrast“: se pone la pantalla
totalemtne negra y se pone luego totalmente
blanca (niveles mínimo y máximo de
luminancia) y luego se haya la relación entre
dichas luminancias. Médida de contraste
dinámico.
"ANSI contrast”: se utilizan patrones
preestablecidos de cuadros blancos (8) y
negros (8) que van variando y luego se saca
el promedio del nivel de blancos y negros y
se comparan. Medida de contraste estático.
Usualmente “full on/off contrast” da
mejores valores que el método de ANSI,
pero no son comparables los resultados.
Orientación del monitor






El médico radiologo esta acostumbrado a ver placas,
usualmente 14x17in.
Monitor de 21”: 12.5x16.6in.
Perdida del 20% del tamaño + barras de
herramientas.
Opción zoom presente en todo los programas de
visualización.
Variabilidad en formatos de placas, torax,
extremidades, etc.
Orientación: Portrait o Landscape. Monitores estándar
generalmente
Landscape.
Grado
médico
generalmente portrait.
Otros parámetros a considerar






Angulo de visualización: en grados pero debe especificarse la relación de contraste
mantenida. Muy malo en monitores estándar. Además deben especificarse ambas
direciones, vertical y horizontal.
Rango de escala de grises (salida de la LUT), cantidad de niveles de gris que es
capaz de mostrar el monitor. Los monitores estándar son de 8bits (256 niveles de
gris), los médicos hay de 10 y de 12 bits.
Consistencia en la imagen. No debe haber cambios a lo largo del tiempo. En los
monitores estándar por ejemplo la luminancia decae con los años, los grado médico
utilizan técnicas de compensación de dicho decaimiento. Realimentación, en el
backligth o delante del ma matriz TFT
Uniformidad: Se debe lograr uniformidad en la luminancia de toda la pantalla. En los
monitores estándar, las uniformidades entre el centro y las esquinas pueden llegar a
se de hasta 25 a 30%. En un grado médico no pude superar el 5 a 10%.
Se debe cumplir con las normas de seguridad para equipos médicos. No olvidar que
un monitor puede estar en un CTI o en un quirófano por ejemplo.
Controles de calidad períodicos. Se debe contar con instrumental para garantizar
periódicamente que dichos monitores estén en especificación. Dependiendo el
parámetro a controlar, se recomienda hacerlo cada un máximo de 3 meses.
Parámetros según modalidad
Modalidad
B&W o Color
Portrait/
Landscape
Resolución
US/NM
CT/MR
Color
Color
Landscape
Landscape
Angio/DSA
B&W
Landscape
Fluoroscopia
B&W
Portrait/
Landscape
1.2MP
1.2MP
(1280x102
4) 2MP
2MP
(1600x120
0)
2MP
Radiología
Tórax
B&W
Portrait
Radiología
esqueleto
B&W
Portrait/
Landscape
Mamografía
B&W
Portrait/
Monitores
recomendado
s por
estación
1
2
2
1
3MP
(2048x153
6)
3MP
2
5MP
2
2
Monitores estándar vs. Monitores grado
médico



Primero hay que establecer el uso que se le dará al
monitor, en que tipo de estación será utilizado.

Monitor que es parte del equipo de adquisición.

Estaciones de diagnóstico.

Estaciones de revisión.
A las dos primeras debemos garantizarle una calidad
de imagen óptima.
A la última no es necesario, generalmente es utilizada
junto con el informe escrito que fue hecho por el
médico radiólogo en una estación de diagnóstico.
Monitores estándar vs. Monitores grado
médico

Diferencias en el proceso de fabricación:



Numero de píxeles, resolución.
Pixeles muertos.
Luminancia mayor, filtros de color eliminados
logrando así:



mayor luminancia.
3 veces mas niveles de gris.
Uso de modulación temporal en cada pixel, se
encienden a un valor mayor a una frecuencia muy
alta.
Monitores estándar vs. Monitores grado
médico





No se dispone de la posibilidad de calibrar el
monitor a partir de la curva GSDF.
Niveles de luminancia bajos.
Monitores color, los grises son obtenidos como
suma de los 3 colores R, G y B.
Usualmente monitores blanco y negro, algunas
aplicaciones de monitores color. fMRI, Medicina
Nuclear, Ecografía, etc.
No poseen compensación de luminancia por
desgaste del backlight
Monitores estandar vs grado médico
Monitores estandar vs grado médico
Monitores estandar vs grado médico
Patrón de calidad SMPTE
Referencias




http://www.barco.com/barcoview/downloads/10
_reasons_to_use_a_medical_display_system.p
df
http://www.barco.com/barcoview/downloads/Ch
aracteristics_of_CRT_and_LCD_displays.pdf
http://www.barco.com/barcoview/downloads/Gr
ayscaleResolution.pdf
http://www.totoku.com/display/support/pdf/Requ
ired_Grayscale_Accuracy_in_Medical_Displays
(En)_V10.pdf
Variación de parámetros

Normalmente los pares tarjeta de video –
monitor, perminten la variación del factor gama,
así como variación del contraste y del brillo del
monitor.