Možnosti digitální radiografie

Možnosti digitální radiografie

Veterinární lékaø § roèník 10 § 2012 § Èíslo 4

Možnosti digitální radiografie POSSIBILITIES OF DIGITAL RADIOGRAPHY MARTIN zELiNKA Veterinární klinika pro malá zvířata, Opava SOUHRN Jestliže alfou digitálního systému je snímač, pak omegou systému je monitor. Mezi alfou a omegou je ale celá řada písmen, která představují různé obrazové formáty, paměťová média a s tím úzce související komprese dat. Tento článek popisuje vznik digitálních snímků, jejich formát a jeho správnou volbu pro danou aplikaci. Článek se dále zabývá různými technologiemi monitorů a snaží se pomoci při výběru toho nejvhodnějšího. Klíčová slova: rozlišení digitálního obrazu, formát obrazu, komprese, technologie LCD monitoru

SUMMARY If alpha digital system is a sensor then monitor is omega of the systém. But between the alpha and omega are many letters that represent different video formats, storage media and the closely related data compression. This article describes the creation of digital images, their format, and the correct choice for query application. Article also deals with the different technologies of displays and tries to help in the selection of the most appropriate. Key words: digital image resolution, image format, compression, LCD monitor technology

Lékařské zobrazovací techniky prošly revoluční proměnou. Kromě CT a MRI, které jsou primárně digitálními zobrazovacími metodami, byla nukleární medicína jednou z prvních, kde byl analogový záznam převeden na digitální. (3) To bylo možné proto, že snímky nukleární medicíny obsahují poměrně málo informací ve srovnání např. s ultrazvukem nebo rentgenovými snímky (podobně jako digitální barevná fotografie nebo video). Digitalizace se ale nakonec nevyhnula ani USG a RTG, a tak CR a DR systémy (viz Možnosti digitální rentgenologie, Veterinární lékař 3/2012) postupně nahrazují klasické filmové kazety. To, že je rentgen jednou z posledních zobrazovacích diagnostických metod, která přechází z analogového do digitálního prostředí, má hned několik důvodů. Analogový (filmový) RTG systém je ověřený a produkuje ve většině případů vynikající rentgenové snímky, a proto motivace byla pro změnu malá. Navíc, náklady na DR systémy byly zpočátku příliš vysoké. Díky pokroku, kterým ale prošla výpočetní technika, náklady na tyto systémy prudce poklesly a nadále klesají, resp. při „stagnujících cenách“ se DR systémy postupně dotahují kvalitou zobrazení na analogové systémy. Dnes už jsou náklady spojené s přechodem na digitální systém téměř kompenzovány úsporami na filmu, chemii, údržbě vyvolávacího automatu a náklady na archivaci snímků. To vše umožnily výkonnější počítačové procesory a grafické karty, nárůst kapacity paměťových médií a vývoj velkoplošných obrazovek s vysokým rozlišením. Dnes už je většina RTG oddělení v humánní medicíně digitalizována. Digitalizace rychle proniká i do soukromé veterinární sféry.

174

Chceme-li pochopit princip digitální obrazu, musíme nejprve pochopit základní pojmy. Obrázek je vizuální prezentací trojrozměrného objektu na ploše, má tedy dvourozměrný charakter. Pokud rozložíme obraz do vertikálních a horizontálních pásů, podle intenzity a barev, nebudou jednotlivé pásy dávat smysl. Pokud je ale poskládáme zpět dohromady, vznikne opět obraz. Matematicky, horizontální pás obrazu (řádek) může být definován jako funkce x (fx), kde f představuje jasa a kontrast nebo barvu v bodu x. Vertikální pás obrazu (sloupec) pak může být definován jako funkce y (fy), kde f představuje jas a kontrast nebo barvu v bodu y. Kombinace dat všech řádků a sloupců nám umožňuje definovat obraz jako dvojrozměrnou funkci fxy , kde x a y jsou prostorové souřadnice, které identifikují libovolné místo na snímku. Hodnota f představuje barvu nebo jas v bodě definovaném těmito souřadnicemi (x, y). Dvourozměrné pole digitálního obrazu je složeno z určitého počtu řádků a sloupců. Toto dvourozměrné pole představuje matici čísel. Každá buňka matice má souřadnice, které udávají její umístění v obraze. Intenzita světla každé z těchto buněk je také definována číselnou hodnotou. Obrazový prvek (buňka) se nazývá pixel. VELIKOST MATICE Počet řádků a sloupců (velikost matice) určuje rozlišení digitálního obrazu. To znamená, že čím je matice hustší, tím vyšší je rozlišení digitálního obrazu. „Zahuštěním“ matice dochází ke zmenšení velikosti pixelů. Nejmenší objekt na digitálním obraze může být jen tak malý, jaký je rozměr jednoho pixelu. Jak zjistíte, optimální velikost



matice? Jednoduše řečeno, pokud chcete sledovat dva objekty, které mají velikost pixelu, musí být od sebe vzdáleny minimálně 1 prázdný pixel. (2, 5) Při zvětšení obrazu na počítačovém monitoru jsou neexistující pixely doplněny interpolací. Tento proces může částečně kompenzovat nedokonalost malé matice, rozlišení je ale přesto omezeno parametry původní matice. Interpolace někdy vyžaduje převzorkování – vytváří se „nové“ pixely, které jsou vyplněny daty, která jsou extrapolována ze sousedních pixelů (Obr. 1).

Ani 15timegapixelovým fotoaparátem nevytvoříte ostrý obrázek, pokud budete mít nekvalitní nebo nezaostřený objektiv. Podobný stav může nastat i u digitálního RTG systému s vysokým počtem pixelů, pokud budete mít nekvalitní rentgenku (např. stacionární rentgenku s příliš velkým ohniskem nebo slabým výkonem), výsledný snímek nebude příliš kvalitní. Rozlišení celého systému může být objektivně měřeno pomocí testovacího fantomu. (8) Rozlišovací schopnost se vyjadřuje v maximálním počtu čar na milimetr (lpm), které lze rozlišit pomocí daného zobrazovacího systému. Filmové systémy jsou schopné rozlišit až 50 lpm. Velmi kvalitní počítačové obrazovky rozliší 15 lpm. Dnes mají digitální systémy rozlišení kolem 5–6 lpm, vysoce kvalitní až 10 lpm(!). Lidské oko je schopno za normálních okolností (bez pomůcek) rozlišit cca 10 lpm. Při hodnocení digitálních RTG systémů by měl být tento faktor důležitější než počet pixelů. Informace se v počítači ukládají v tzv. binárním kódu. Běžně jsme zvyklí pracovat v desítkové soustavě. To znamená, že pracujeme s číslicemi 0–9, z nichž tvoříme všechna čísla. Počítače pracují v mnohem jednodušším systému, jsou totiž schopny rozeznat pouze 2 informace – ANO a NE (1 nebo 0). To je důvod, proč počítače používají binární systém. Počítače ukládají data v oddělených skladovacích jednotkách, tzv. bitech. Jeden bit paměti počítače je schopen uložit 2 různá čísla. Počet bitů přidělených dané obrazové matici určuje maximální množství informací, jaké může být uloženo pro jednotlivý pixel. U černobílého obrazu počet bitů určuje počet stupňů šedi, které mohou být zobrazeny (Obr. 3), (Tab. 1). Většina digitálních RTG systémů dnes používá 10 nebo 12bitové obrazy.10, resp. 12bitový obraz obsahuje 1024, resp. 4096 odstínů šedé. Černobílý obraz je ve stupních šedi považován za jednokanálový obraz. Podívejme se na některé pojmy pro správu barev. Barevný obraz má více

Obr. 1: Na digitálním snímku hrudníku psa v pravé laterální projekci je zachycen detail zadní duté žíly, srdce a bránice. Snímek vlevo je zobrazen v původní velikosti pixelů. Snímek vpravo byl interpolován do velikosti matice monitoru. Všimněte si, že jednotlivé pixely již sice nejsou patrny, ale rozlišení obrazu je špatné, protože původní snímek byl zachycen na malé matici.

Při posuzování kvality zobrazovacího systému je třeba vzít v úvahu více než jen velikost matice. Kvalita obrazu je ovlivněna velikostí matice, protože počet pixelů omezuje její rozlišení (Obr. 2). Jsou zde ale ještě další faktory. Se zmenšováním velikosti pixelu klesá i jeho citlivost, tzn., že čím je menší, tím více musí absorbovat energie, aby mohl zaznamenat danou informaci. Je to obdobné jako u klasických filmů, čím menší mají zrno, a tedy vyšší rozlišovací schopnost, tím nižší mají citlivost a vyžadují delší expozici.

Obr. 2: Srovnání digitálních snímků pravé laterální projekce hrudníku psa pořízených v různém rozlišení od 1600 x 2000 v levém horním rohu po 52 x 63 vpravo dole. Všimněte si, jak se se zvyšujícím rozlišením (velikostí matice) zmenšuje velikost jednotlivých pixelů.

175



než jeden kanál a jejich kombinací vytváří další barvy. (5) Například tříkanálový obraz má tři základní barvy bílého světla – červenou, zelenou a modrou (RGB). Každý kanál může mít různou intenzitu nebo odstíny těchto barev. Jako takový RGB systém vyžaduje pro uložení snímku trojnásobné množství paměti počítače než stejný snímek uložený nebo zobrazený pouze v černobílém režimu. Pokud má RGB obraz 48 bitů, pak pro každý kanál (barvu) má 16bitovou barevnou škálu, s intenzitou jasu mezi 0 až 255. V tomto režimu pracuje monitor nebo digitální fotoaparát či kamera. Dalším typem digitálního barevného obrazu je CMYK formát. Formát CMYK má

čtyři kanály: azurovou, purpurovou, žlutou a černou. Standardní CMYK obraz je 32bitový a skládá se ze čtyř 8bitových kanálů, každý pro jednotlivou barvu. Tento formát se ale využívá pouze pro barevný tisk. Další jednotkou množství dat v informatice je bajt (pův. angl. byte). Obsahuje osm bitů, tzn. osmiciferné binární číslo. Je to takové množství informace, které může reprezentovat například celé číslo od 0 do 255 nebo jeden znak. Jeden bajt je obvykle nejmenší objem dat, se kterým dokáže počítač (resp. procesor) přímo pracovat. Označení digitálního obrazu udává velikost matice a hloubku obrazu. Např. označení obrazu 64 x 64 x 8 zna-

Obr. 3: Porovnání digitálních snímků pravé laterální projekce hrudníku psa pořízené v různých bitových hloubkách. Vlevo nahoře je snímek zachycený v 10bitovém jednokanálovém zobrazení (1024 odstínů šedi). Nahoře uprostřed je snímek v 7bitové hloubce (128 odstínů šedé), snímek vpravo nahoře pak v 6bitovém zobrazení (64 odstínů šedi), snímek vlevo dole ve 4bitovém hloubce (16 odstínů šedi) a snímek dole uprostřed je 1bitový (2 odstíny šedé). Snímek v pravém dolním rohu je 8bitový, v tříkanálovém RGB zobrazení. Barevná rentgenologie je zatím rutinně využívána na letištích, ale dá se předpokládat, že časem pronikne i do medicíny, protože barevné podání je schopno rozlišit nesrovnatelně více struktur. Tab. 1: Vztah mezi počtem bitů a počtem stupňů šedi v černobílém obrazu. Hloubka obrazu

Rozsah v desítkové soustavě

Počet stupňů šedi zobrazených na ČB snímku

Vztah 2n, kde n = počet bitů počítačové paměti

1 bit

0–1

2

21 = 2

2 bit

0–3

4

22 = 4

3 bit

0–8

8

23 = 8

4 bit

0–15

16

24 = 16

5 bit

0–31

32

25 = 32

6 bit

0–63

64

26 = 64

7 bit

0–127

128

27 = 128

8 bit

0–255

256

28 = 256

9 bit

0–511

512

29 = 512

10 bit

0–1023

1024

210 = 1024

12 bit

0–4095

4096

212 = 4096

178



mená, že matice má 64 řádků a 64 sloupců pro celkem 4096 pixelů. Každý pixel pak má 8 bitů hloubky obrazu, což představuje až 256 stupňů šedi pro každý z nich. Od počátku 90. let, kdy se náš trh otevřel pro výpočetní techniku, můžeme sledovat vývoj v oblasti paměťových médií a od roku 2005 pak strmý nárůst, co se týká jejich kapacity a rychlosti čtení záznamu (Tab. 2).

Absolutně nejrozšířenějším obrazovým formátem je JEPG (Joint Photographic Experts Group).(4) Tento obrazový formát se používá pro ukládání a přenos snímků v různě volitelném stupni komprese. Komprese významně zmenšuje velikost souboru. Tím ale také dochází ke snížení kvality snímku, což může znamenat jejich další nepoužitelnost. DIGITÁLNÍ SNÍMKY A KOMUNIKACE V MEDICÍNĚ S rozvojem digitálních zobrazovacích systémů v 80. letech (nukleární medicína, CT, MRI, atd.) vyvstala potřeba řešení kompatibility snímků mezi různými výrobci přístrojů i jejich programových vybavení za účelem výměny snímků mezi jednotlivými pracovišti. Proto se spojily American College of radiology a National Electrical Manufacturers Association (7), aby vytvořily standardizovaný protokol souborů, které tyto požadavky lékařů splňují. Tento standard je dnes znám pod zkratkou DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) a definuje komunikační protokol, který určuje, jak jsou obrázky a informace v záhlaví přeneseny z jednoho počítače do druhého. DICOM se liší od jiných datových formátů v tom, že data snímku ukládá společně s údaji o pacientovi jakož i údaji o pořízení snímku (datum, pracoviště) do jednoho souboru. Snímek tak nikdy nelze oddělit od těchto informací omylem. Všechny změny spisu jsou pak zaznamenány a uloženy v záhlaví formátu DICOM. Dnes již všechny typy diagnostických zařízení jako RTG, fluroskopie, CT, MRI, ultrazvuk a nukleární medicína používají formát DICOM. Součástí tohoto softvéru je i možnost úpravy snímků v náhledu (LUT-look up table). Zde je zpravidla k dispozici histogram snímku – jedná se o jemný sloupcový graf, který zobrazuje rozložení jasů zachyceného obrazu (Obr. 4a, b). Intenzitě a barvě každému pixelu odpovídá hodnota v grafu. Čím vyšší je hodnota pixelu, tím intenzivněji se zobrazí na monitoru. (4) Tento histogram lze upravovat, a tak zvýraznit nebo potlačit různé struktury, případně mírně korigovat nevhodnou expozici. Snímky mohou být zobrazovány i inverzně. Dalším systémem používaným v medicíně je systém PACS (Picture archiving and communicating system). PACS je v podstatě systém uchovávající obrazové informace vzniklé na digitálních zařízeních (modalitách) používaných v medicíně a pracujících na principech různých zobrazovacích metod. (6) Tato zařízení jsou schopna pracovat a komunikovat na základě standardu DICOM.

FORMÁT A KOMPRESE OBRAZOVÝCH DAT Datový formát a jeho případná komprese jsou důležitými faktory, které ovlivňují kvalitu snímku. Celkový počet pixelů společně s hloubkou obrazu v bitech udává požadavek na velikost paměti počítače, která je nezbytná pro zobrazování nebo ukládání každého digitálního snímku. Samozřejmě velikost souboru ovlivňuje i rychlost práce s daným souborem. Digitální snímky mohou být podobně jako digitální fotografie uloženy v různých formátech např. předdefinovaných bitových mapách, které se běžně používají na osobních počítačích. Součástí informací v hlavičce ale nejsou jiné údaje než ty, které popisující fyzické rozložení snímku, pokud nejsou přímo součástí obrazu bitové mapy. Bitová mapa jako formát umožňuje snadný přenos a zobrazení v počítačových systémech a to i v těch, které nejsou výslovně určeny pro použití v medicíně. Jejich nevýhodou jsou ale velké datové objemy a méně pohodlné ovládání. GIF (graphics interchange format) je 8bitový obrazový formát, který však používá pouze omezenou škálu barev a odstínů. Proto je tento formát pro reprodukci barevných fotografií a jiné obrázky s kontinuálním přechodem barev nevhodný. Využívá se spíše pro jednoduché obrázky, jako jsou např. loga. Tagged Image File Format (TIFF nebo TIF) byl vytvořen v polovině 80. let výrobci skenerů ve snaze získat jednotný formát obrazových souborů. TIFF je flexibilní, adaptabilní formát, který může ukládat obrázky ve stanoveném rozlišení, barvách a odstínech šedé. TIFF používá bezztrátovou kompresi obrázků a ve své době se jevil i vhodným pro archivaci snímků. Dnes již výrobci od používání TIFFu upouštějí a stále častěji jej nahrazují datovým formátem RAW (z angl. raw = surový). RAW není obrazovým formátem v pravém smyslu slova, jsou v něm uložena „surová“ data, která k vygenerování obrazu slouží. (4) Samotné vytvoření snímku pak probíhá v počítači. Podobně jako v TIFFu jde o nekomprimovaná data, ale v řádově dvoutřetinovém datovém objemu. Navíc tím, že k vytváření obrazu dochází až v počítači, lze některé snímací parametry ovlivnit i po expozici! Tab. 2: Přehled a porovnání různých paměťových médií Typ média

Kapacita

Přibližný počet rtg snímků

Poznámka

3,5 disketa

1,44MB

0

nespolehlivé, už se téměř nepoužívají

CD-R

700MB

45

DVD

4,7GB

313

pomalé načítání, časem dochází ke ztrátě dat

flash disk

až 32GB

až 2133

paměť. karty

až 64GB

až 4266

externí harddisk

až 1TB

až 66 666

využití spíše ve fografii

179



Pro PACS je typická práce s velkými objemy dat. Data vzniklá na těchto modalitách mohou pro jedno vyšetření pacienta dosahovat řádově až několika gigabytů. Aby byl takový systém použitelný, pak musí mít určité vlastnosti, které nemají běžné databázové systémy, protože je nepotřebují. Na druhé straně se musí zbavit vlastností, které mohou v konečném důsledku, zejména při naplnění daty, databázový systém brzdit. Dalším místem v systému, kterému je třeba věnovat pozornost a rozhodně se nesmí podceňovat, je monitor. Srovnávat v dnešní době CRT monitor s LCD už zřejmě nemá význam. Navíc, dnes už pořídit nový CRT monitor je nereálné.

Běžné rozlišení monitoru se pohybuje kolem 1280x1080, ale cenově dostupné jsou už i monitory s rozlišením 1920x1080 (tzv. Full HD). Co tato čísla znamenají? Jediné – digitální snímek o stejném rozlišení jako monitor zaplní při zobrazení celou obrazovku. Bude-li mít snímek větší rozlišení, pak bude třeba obrazem rolovat. (4) Kvalitní monitory vyvinuté speciálně pro prohlížení rtg snímků mají kolem 3 megapixelů, jejich cena ale zůstává stále vysoká. A jak se zorientovat v další záplavě technických dat? Každý LCD monitor je popsán celkem slušným počtem hodnot a většinou nikdo moc dobře netuší, co znamenají a u některých se řídí heslem „čím víc, tím líp“ a jinde naopak.

A

B

Obr. 4a, b: Histogram zobrazuje rozložení jasu a průběh zčernání snímku, je možné upravit jeho šíři a střed. Křivka nad ním pak umožňuje tažením řídících bodů upravovat a tak zvýraznit nebo potlačit různé struktury, případně mírně korigovat nevhodnou expozici. Prováděné úpravy je možné okamžitě sledovat v náhledu (a). Další zpracování pak umožňuje nastavit kontrast, kontrast detailů, zvýraznění okrajů, rozlišení, potlačení šumu. Je třeba mít na paměti, že zlepšení vybraných parametrů je vždy na úkor (zhoršení) těch ostatních.

180

Veterinární lékaø § roèník 10 § 2012 § Èíslo 4 POMĚR STRAN MONITORU 4:3

Klasický poměr stran, který se u televizorů a počítačů používá již padesát let. Dnes se tento formát používá jen u nejlevnějších modelů televizorů a naopak u lepších profesionálních monitorů a notebooků – tento formát je ideální, neboť má stejný poměr stran jako RTG snímek. Bohužel, u běžného zákaznického segmentu se však tento formát přestává používat. 16:10 Jedná se o moderní počítačový formát, který je kompromisem mezi rozumným počítačovým rozlišením a širokoúhlým filmovým formátem. Monitor s tímto rozlišením by měl sloužit na práci i na filmy. Pro čtení textů není ubírání výšky monitoru úplně vhodné, ale při vysokých rozlišeních monitoru je možné mít i dvě stránky či okna vedle sebe. Takové rozložení je pro práci pohodlné a i operační systémy se tomuto trendu přizpůsobují. 16:9 Nejnovější trend, který se aktuálně začíná prosazovat ve světě počítačových LCD monitorů. Tento formát se používá u širokoúhlých televizorů s plným vysokým rozlišením Full HD (1920 x 1080). Videa v rozlišení Full HD se na takovémto monitoru zobrazí bez černých pruhů po stranách, nahoře a dole. Menší LCD displeje se ale pro tento formát nehodí – obraz může být mírně zdeformovaný. Formát 16:9 je ideální pro sledování širokoúhlých filmů, kdy je obrazová plocha optimálně využita

Obr. 5: Na tomto diagramu je schematicky znázorněno rozložení různých monitorů

Doba odezvy (response time) Udává v milisekundách dobu, za kterou je pixel monitoru schopen změnit barvu na jinou a zpět. Dříve se udávala hodnota z černé na bílou a zpět. To je však v reálu potřeba velmi zřídka, a tak se začala udávat spíše hodnota změny tmavě šedé na světle šedou (grey to grey). S tímto parametrem jsou dnes problémy už jenom u levnějších monitorů vyrobených starou TN technologií. Výrobci totiž často zvolí trochu jiné odstíny, pro které je doba odezvy nejlepší a tu pak uvedou jako hlavní. Díky TN technologii, ale jiné odstíny mohou mít 3–5× větší odezvu(!) než tato výrobcem uvedená. Vysoké hodnoty odezvy pak mohou způsobovat nepříjemné rozmazání obrazu. Dnes už je to ale opravdu

Možnosti digitální radiografie problém jen těch nejlevnějších obrazovek a většina už i levnější třídy má ideální odezvu kolem 15–20 ms, a to je dostačující i pro náročnější uživatele. Pozorovací úhly (viewing angle) Jde o úhly, při kterých je obraz pozorován s kontrastem 10:1 (resp. 5:1 podle výrobce). Při překročení těchto úhlů ale obraz začne rychle blednout a ztrácet kontrast. Na tuto hodnotu si je třeba dát pozor, zejména opět u TN panelů, které jako jediné mají rozdílné úhly pro vertikální a horizontální pozorování, kdy ten vertikální mají užší. Kontrast Tento údaj udává poměr svítivosti bílé barvy k černé. V praxi je ale tato hodnota přibližně 25% oproti udávané, protože tento údaj je měřen v ideálních laboratorních podmínkách. Problém s kontrastem bývá zpravidla opět u levných monitorů, ty často pro zvětšení kontrastu zvednou jas celého monitoru a ten pak může, hlavně ve tmě, nepříjemně zářit. Proto pozor na levné monitory s velkým kontrastem (1000:1 a více). U některých monitorů se můžete setkat s extrémně velkým kontrastem (až 4000:1). U těch se většinou jedná o tzv. dynamický kontrast. V tomto případě sám monitor na základě aktuálního obrazu zvyšuje a snižuje jas. Tato vlastnost může zlepšit např. sledování filmů, ale naopak to může být dost nepříjemné při sledování statických snímků. Většina monitorů s touto funkcí ji však umožňuje vypnout. Jas (brightness) Jas pouze udává svítivost monitoru při zobrazení všech pixelů bíle. Problém může opět být při velmi vysoké hodnotě, kdy se tak z černé může stát šedá a monitor může v tmavé místnosti oslňovat. Věrnost barevného podání (gamut) Gamut jako takový se ve specifikacích zpravidla neuvádí. U některých monitorů jej výrobci sice uvádějí, ale to jen z důvodu, že mají gamut opravdu hodně široký a chlubí se jím. Co však vlastně gamut znamená? Jde o to, jak velký výřez z barevného prostoru je schopen monitor zobrazit (Obr. 6). Barevný prostor byl zaveden jako standard Mezinárodní komisí pro osvětlení (CIE – Commission internationale de l‘éclairage) v roce 1931 a jde o barevný prostor, který je schopen člověk vnímat. Zařízení, které je schopno přenést (reprodukovat) veškeré viditelné barevné spektrum, se zatím ale nepodařilo vyvinout. Patrně namítnete, proč se zaobírat barevným podáním monitoru, když rtg snímky barevné nejsou. Odpověď najdete na následujících řádcích, kde se podíváme na jednotlivé technologie LCD monitorů. Nebudu se zabývat principy, na kterých pracují, ale hlavně jejich klady a zápory, které jsou pro tu kterou technologii charakteristické a je užitečné je znát při výběru toho nejoptimálnějšího. Technologie TN (Twisted Nematic) Je nejstarší technologií LCD panelů. Tyto monitory mají nejmenší pozorovací úhly, které jsou navíc rozdílné v horizontálním a vertikálním směru, takže často výrob-

181


Veterinární lékaø § roèník 10 § 2012 § Èíslo 4 Mezi obecné rozdíly oproti TN patří vyšší kontrast (1200:1 a vyšší), skutečná doba odezvy, která už se přibližuje době udávané výrobcem, mrtvý pixel je tmavý, pozorovací úhly jsou vyšší a stejné v obou směrech a opět jsou trochu více reálné než u TN. Barevné podání bývá, hlavně u starších monitorů s touto technologií, téměř stejné jako TN. Premium MVA, S-MVA Jde o nejvíce využívanou variantu této technologie. Pokud výrobce uvádí u monitoru jako technologii pouze MVA, velmi pravděpodobně má na mysli právě Premium MVA. Platí pro ni všechny vlastnosti popsané výše. Došlo k vylepšení barevného podání a kontrastu, jinak má tato technologie podobné vlastnosti jako TN panely. S-MVA je prakticky stejné jako Premium MVA. Jediný rozdíl je ve výrobci.

Obr. 6: Diagram barevného spektra – v jeho horní části je zelená barva. Porovnáním plochy zelené barvy se zbývajícími dvěma složkami, zjistíme, že zelená plocha je o poznání větší. Lidské oko totiž reaguje na zelenou barvu daleko citlivěji než na jakoukoli jinou barvu. Monitor tento prostor ořízne a záleží na tom, jak hodně se tento barevný prostor zmenší. V dnešní době se s oblibou používá režim sRGB. Čárkovaně je naznačen barevný prostor Adobe RGB, který zasahuje daleko více do zeleno-azurové barvy a který využívají monitory vyšší třídy. Pozn. Tiskem tohoto diagramu rovněž dochází ke změně podání barev oproti monitoru. Tato změna je rozdílností barevného prostoru monitoru (RGB) a tiskárny (CMYK).

cem udávané údaje neodpovídají skutečnosti. Při pohledu zespoda monitoru obraz rychle tmavne a dochází k inverzi barev, stejně tak při pohledu z boku dochází k posunu barev do žluta. Reálná doba odezvy je často až pětkrát vyšší než udává výrobcem a podání barev patří k nejhorším u LCD monitorů. Nedávno se však začala u TN panelů používat technologie overdrive, která umožňuje výrazně snížit dobu odezvy. Výrobci tak začali u těchto monitorů udávat dobu odezvy neuvěřitelné 2 ms. To však stále díky velké různorodosti odezvy v odlišných odstínech lze prakticky považovat za stejné jako 4 ms nebo 6 ms u panelů S-IPS, resp. xVA. Mezi nevýhody patří i to, že mrtvý pixel svítí a velmi tak ruší nebo znemožňuje sledování obrazovky. (Mrtvý pixel je výrobní vada, kdy právě jeden pixel není funkční. Většina výrobců umožňuje okamžitou reklamaci při určitém množství mrtvých pixelů. Těm nejdražším stačí 1, u jiných např. 3–5.) Hlavní výhodou TN monitorů je cena. Technologie VA (Vertical Alignment) Technologie VA bez dalšího písmenka (zkratky) vpředu vlastně neexistuje. První se objevila technologie MVA, neboli Multi-domain Vertical Alignment, a to v roce 1998 na popud drahé technologie IPS a naopak nedokonalé technologie TN. Technologie MVA a PVA jsou téměř totožné a jediný rozdíl je, že MVA vyvinula firma Fujitsu-Siemens a PVA firma Samsung. Tyto technologie existují v několika variantách a dochází tak často ke zmatkům.

182

A-MVA, S-PVA, cPVA Jedná se o nejmladší technologii z této rodiny. Značně vylepšuje barevné podání a mírně i pozorovací úhly. S-PVA je vylepšená verze technologie v podání Samsungu a Sony. A-MVA vylepšuje stejné vlastnosti jako S-PVA, jen přišla o něco později. V roce 2009 přišel Samsung s cPVA panely. Ty jsou jakousi obměnou e-IPS technologie (viz dále). Jde tedy o ekonomickou variantu. IPS technologie (In Plane Switching) Nejdražší, ale v mnoha ohledech nejlepší technologie vyvinutá firmou Hitachi. Doba odezvy udávaná výrobcem už je téměř stejná jako reálná, pozorovací úhly velmi podobné xVA technologiím s rozdílem, že barevný posun je spíše do fialova. Barevné podání má IPS nejlepší ze všech technologií. (Některé lepší monitory s vylepšenou xVA technologií se ale barvami velmi přibližují.) Jedinou nevýhodou IPS technologie může občas být trochu hrubší obraz (je vidět mřížka mezi pixely), protože pixely jsou o něco menší než u ostatních technologií. Mrtvý pixel je opět černý. Stejně jako u předchozí technologie i IPS existuje více variant. S-IPS Dnes nejběžnější z IPS technologií. Má všechny výše vyjmenované vlastnosti, pouze doba odezvy byla výrazně vylepšena. Původní IPS technologie z roku 1996 totiž měla odezvy kolem 50 ms. S-IPS tento problém odstraňuje a díky tomu je použitelná i v dnešní konkurenci. H-IPS (Horizontal In Plane Switching) Nejnovější technologie z roku 2006. Odstraňuje zabarvení do fialova při sledování z úhlu, zlepšuje kontrast a také odstraňuje poslední problém IPS, a to právě výše zmíněný dojem hrubšího obrazu. Naopak u nich dochází zmenšení pozorovacích úhlů. Zhruba ve stejné době se objevil derivát e-IPS. Má nižší pozorovací úhly a hlavně má obvykle pouze 6bitové barvy. Což tuto technologii výrazně omezuje pro grafické použití, je ale cenově příznivější než výše zmiňované technologie IPS.



UH-IPS, H2-IPS, S-IPS 2 (Ultra Horizontal In Plane Switching) V podstatě jde jen o jakousi evoluci H-IPS. Poskytují lepší využití plochy a tím i lepší kontrast a jas. Potažmo lze snížit spotřebu (zmenšením intenzity podsvětlovacích trubic). Další zástupce je S-IPS 2, který ještě zvýšil využití plochy a s tím opět došlo ke snížení energetické náročnosti a lepšího kontrastu či jasu.

je vystavena menší zátěži, než když jsou použity jen dvě trubice. Střední třída monitorů využívá 4 trubic, což se zdá jako velmi dobré v poměru cena/kvalita. Obvyklá životnost trubic je 50 000 hodin (tato hodnota vyjadřuje dobu, za kterou dosáhne trubice poloviční svítivosti), ale např. EIZO udává u svých nejlepších panelů 30 000 hodin na dobu, než začne trubice stárnout (ne tedy dobu, kdy dosáhne trubice poloviční svítivosti). V poslední době se stále více prosazuje podsvícení pomocí LED diod. Tento způsob má řadu výhod oproti podsvícení trubicemi. Umožňuje daleko lepší rovnoměrné osvětlení. Poskytuje mnohem lepší barevné podání monitoru a také prodlužuje životnost a snižuje jeho spotřebu. Je ekologičtější (CCFL trubice obsahují rtuť) a v neposlední řadě tato technologie umožňuje vyrábět tenčí monitory.

P-IPS (Performance Horizontal In Plane Switching) Tato technologie je podobná technologii (U)H-IPS. Jsou to však monitory s 10bitovými odstíny na jeden barevný kanál (30 bitů celkově). Ve výsledku takový monitor dokáže zobrazit 1,07 miliard barev. Na první pohled se to může zdát jako zbytečné, ale např. pro zobrazování rentgenů se 1024 odstínů šedi se může hodit. Bohužel 10 bitů je často dosaženo pomocí 8 bitů s FRC*. Jde tedy obvykle o klasický 8bitový panel s lepší elektronikou. *FRC (Frame Rate Control) – technologie využívající rychlosti monitoru a hlavně nedokonalosti lidského oka. Pokud monitor nedokáže zobrazit určitou barvu, tak ji zkrátka v jednom snímku zobrazí např. více světlou a v dalším naopak tmavší. Ve výsledku si oko tyto dvě různé barvy spojí do jedné a vidí vlastně správnou barvu. Samozřejmě je to problém, pokud se pixel v každém novém snímku má změnit na novou barvu. V tom případě zkrátka nedokáže zobrazit správnou barvu a obraz je degradován.

Podsvícení Jako poslední je třeba zmínit podsvícení LCD monitorů. Každý LCD monitor potřebuje nějaký zdroj světla aby fungoval. K podsvícení se nejvíce používají tenké trubice (CCFL-Cold Cathode Fluorescent Lamp), u kterých je kladen velký důraz na to, aby svítily rovnoměrně, a co je hlavní, musí svítit prakticky dokonale bílou barvou (obvykle 6000 K). Levné panely používají systém jen dvou trubic, což má za následek nerovnoměrné podsvícení. U profesionálních LCD monitorů se můžeme setkat až se 14 trubicemi na obrazovku (např. monitory EIZO), takovéto řešení má za následek velmi rovnoměrné podsvícení a také větší životnost monitoru. Proč větší životnost? Každá trubice

A jakou technologii vybrat? Pokud hledáte univerzální panel pro časté sledování filmů, hraní her, ale zároveň se nechcete vzdát kvalitního barevného podání, je tu pro vás technologie S-PVA a A-MVA. Právě S-PVA od Samsungu v poslední době dosahuje opravdu výborných výsledků u odezvy, pozorovacích úhlů i barev. Barevný gamut díky novému LED podsvícení u některých panelů dosahuje perfektních hodnot a smazává se tak rozdíl mezi S-IPS a S-PVA. S-IPS a AS-IPS jsou stále ještě trochu vpředu, ale rozdíl již není tak markantní. Pro profesionální nasazení v grafických aplikacích je vhodná technologie S-IPS a její vylepšená verze AS-IPS. Pozorovací úhly jsou výborné bez výrazného barevného posunu, jas a kontrast klesá jen velmi málo, avšak při kritickém úhlu stále dosahuje oněch 10:1 apod. Pokud chcete skutečně profesionální monitor pro práci s grafikou, hledejte takový, co má Adobe RGB barevný prostor a nejlépe LED podsvícení. Samozřejmě, pokud je dobře zvládnuté klasické podsvícení pomocí CCFL trubic, tak poslouží také velice dobře. MVDr. Martin Zelinka Dostojevského 42 746 01 Opava e-mail: [email protected]

Literatura: 1. Daniel GB. Digital imaging processing. In: Daniel GB, Berry CR, editors. Textbook of veterinary nuclear medicine. 2nd edition. ACVR, Harrisburg 2006: 79–120. 2. Halama, J.: Representation of gamma camera images by computer. In: Henkin R, Boles M, Dillehay G, editors. Nuclear medicine. Mosby, St Louis 1996: 199–215. 3. Chandra, J, March, ST, Mukherjee, S, et al.: Information systems frontiers. Communication of the ACM 43(1):71–9, 2000.

5. Russ, JC.: The image processing handbook. 3rd edition. CRC Press, Boca Raton 1999. 6. Shiroma, JT.: An introduction to DICOM. Vet Med 101 (Suppl 12):19–20, 2006. 7. Wright, MA, Balance, D, Robertson, ID, et al.: Introduction to DICOM for the practicing veterinarian. Vet Radiol Ultrasound 49(Suppl 1):14–8, 2008. 8. Zelinka M.: Vet. lékař 3:113–122, 2012.

4. Lindner, P, Myška, M,Tůma, T.: Velká kniha digitální fotografie. 2. vyd. CP Books, Brno 2005

183

Možnosti digitální radiografie

Recommend Documents