Travis Chang

先來縮寫名詞解釋
DICOM: Digital imaging and communications in medicine, 醫學數位影像及通信.
GSDF: Grayscale standard display function, 灰階值標準顯示函數

DICOM
一 為什麼要有DICOM, DICOM做什麼用的
DICOM顧名思義是給醫學數位影像及通信所使用的標準, 醫學數位影像環境可由下圖說明

由圖可以發現主要分為幾個部分
1. 設備 (Modalities): 影像產生的來源, 像是核磁共振(MRI)等等, 主要都是應用在放射科
2. PACS workstation: 關於PACS會在專文說明, 全名是Picture Archiving and Communication System, 可以看到是系統的中心, 負責整體影像傳輸架構
3. 診斷報告室(Diagnostic Reporting): 影像拍完後會先作分析判斷, 並產生相關報告,  醫療高階螢幕也是使用在此
4. 列印或製作成CD( Printers & Disc Publishers): 現在有建PACS系統的醫院都能夠給予病患所拍攝影像的CD, 依此可以到不同醫院都能看, 就不用重拍了

可以看到在醫學數位影像環境中有這麼多設備, 每個設備又幾乎都是不同的供應商, 彼此檔案格式不同的話就不能溝通了, 一般使用的JPEG檔等格式又不能滿足需求, 因此就需要DICOM這個標準作為所有PACS環境中儀器設備的溝通標準.

二 所以DICOM是什麼
做為一個溝通標準, DICOM幾乎包山包海, 什麼有牽涉到需要定義的規範都包含在裡面,  而且是一個不斷更新的標準
1. 不同設備間溝通的方式: 包含使用TCP/IP, 主從架構, HL7等定義
2. 溝通檔案包含的內容: 符合DICOM標準的圖檔並不是要求檔案解析度要多高, 而是裡頭必須包含所有關於病患的相關資料, 像是何時拍的, 在哪拍的, 病患是誰, 拍的部位是哪, 拍的位置,  大小等等的相關資訊全部都包含在圖檔裡. 所以打開一個圖檔就等於打開完成的資料, 也不會看錯病患的圖檔, 或是歸檔錯誤等等. 下圖是符合DICOM標準圖片的範例

由於是放射科再用的, 圖片都是黑白的, 因此DICOM也算是應用在灰階影像的規範
但是對於醫療螢幕而言, 最重要的莫過於DICOM第14章節中定義的GSDF標準了, 也是灰階醫療螢幕所需符合的主要規範及衡量標準

GSDF
一 為什麼要有GSDF
對於醫療螢幕來說,　除了顯示正確, 能讓每台螢幕所看到的圖片都相同, 更要能顯示細微的細節, 也就是說能顯示越多細節越好
因此在DICOM這麼大的架構中, 第14章就特別規範了如何讓每台螢幕看的影像相同, 且能顯示最多的細節
為了讓醫生能看到最多的細節,  DICOM第14章對人眼對光的敏感度做了研究, 研究看看亮度差了多少, 對於人眼而言是可以分辨得出來的
舉例來說, 一般只有256個灰階的螢幕所有人都可以分辨得出來, 但是若有2千萬的灰階, 螢幕真的顯示出來了人眼可以分辨出這2千萬個差異嗎?
答案當然是不行的, 人眼沒有這麼精細, 並且發現差異和亮度是有關係的, 譬如說亮度200, 可分辨的差異(JND, Just-Noticeable Difference)有572個

二 所以GSDF主要在談什麼
主要在說明亮度和可分辨的差異(JND)之間的關係
簡單整理幾個數據如下表

可以發現一個現象, 亮度200就有572個可分辨差異(JND), 可是亮度1000也才811個, 亮度差5倍可是JND還差不到兩倍.
這是因為人眼亮度低的時候比較敏感, 亮度高的時候比較不敏感, 就像夜晚沒燈的情況下看書有沒有手電筒差很多, 但在太陽底下用手電筒看書就像是多餘的了, 因為當亮度低時, 增加一點亮度就可以大幅度的提升JND數量, 看得更清楚. 但是在亮度夠高的狀況下(太陽光亮度約1000), 再增加亮度JND也沒差多少了, 也就感覺不出差異了
也根據這個研究結果, 可以畫出亮度和JND之間的關係, 通常有下面兩種表示方式

雖然長得完全不同, 但是可以發現其實是一模一樣的意思, 只是左邊的亮度一個是用等差級數, 一個是用對數級數表達而已. 這也就是一般人稱的DICOM curve或是GSDF了, 科學家也把他轉換成公式以方便計算
因此, 我們可以解釋為, 越符合DICOM GSDF標準的螢幕越好, 因為在不同亮度下可以顯示的JND越多, 代表可以顯示越多細節, 而且越能確保美台螢幕顯視的畫面相同!!!