DICOM GSDF

GSDF(Grayscale Standard Display Function)

GSDF가 왜 필요한지 알아 보겠습니다.

 

우리가 인터넷으로 어떤 제품을 사는 경우에 제품의 사진을 보게 되면...

같은 사진이라도 디스플레이 장치에 따라서 제품이 다르게 보이는 경우가 많습니다.

그리고 실제로 실물을 받아서 보았을 때 다르게 보이기도 하구요.

 

그렇다면 의료 영상의 경우는 어떨까요?

만약 영상 의료기기로 촬영하는 시점에 사람이 눈으로 보는 영상과 

그 영상이 전송되어 다른 사람이 다른 디스플레이 장치로 보는 영상이 서로 다르게 보인다면

이것은 문제가 있을 수 있을 것입니다.

Sonographer가 환자의 의심되는 신체 부위를 촬영하고, 이것을 판독의가 살펴 볼때에는

영상에서 의심되는 부위가 잘 보이지 않을 수도 있습니다. 이것은 큰 문제가 될 것입니다.

동일한 이미지가 디스플레이에 따라 다르게 보인다.

 

이러한 이유로 DICOM에서 GSDF를 사용하게 되었고, 요약하면... 

의료 영상 획득 후 영상을 다른 곳으로 전송하여 다른 디스플레이 디바이스로 보았을 때에도

촬영 당시에 보았던 영상과 동일하게 보여지도록 하기 위해서 GSDF를 사용하게 되었습니다.

 

왜 GSDF 인가?

그렇다면 GSDF는 무엇이며 왜 GSDF일까요?

 

일단 사람의 눈의 특성을 살펴 보면...

사람의 눈은 색상 보다는 밝기, 휘도에 매우 민감하다고 합니다.

많은 상업용 모니터들이 매우 많은 색상을 구현하고 있지만 실제 사람의 눈이 사물을 판별할 때에 더욱 민감하게 반응하는 것은 휘도라는 말입니다.

그리고 대부분의 의료 영상에서 color 보다는 흑백 데이터가 의미가 더 큽니다. 물론 아닌 경우도 있지만요.

 

많은 영상들이 grayscale로 표현해 보면 8 bit 으로 저장되기 때문에 대부분의 상업용 디스플레이 디바이스는 흑, 백색이 256 ( 0 ~ 255 ) level의 표현을 지원합니다. (RGB color 영상도 grayscale로 나타내 보면 대부분 8 bit 입니다)

0 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------255

 

그런데 CT, MRI 등은 12 bit, 16 bit 등의 grayscale도 지원하기 때문에 일반 디스플레이 모니터로는 구분이 되지 않는 level이 생기게 됩니다.  사람의 눈은 휘도에 매우 민감하기 때문에 충분히 level을 구분할 수 있음에도 말이죠.

 

그래서 병원에서는 의료 영상 판독을 위해서 높은 grayscale을 지원하는 의료용 모니터를 사용하게 되고 이 제품들은 매우 높은 grayscale을 지원합니다. 이 모니터 들은 매우 고가이기도 하고 실제로도 grayscale이 8 bit 가 넘는 고화질 이미지를 의료용 모니터로 보면 깜짝 놀랄만큼 이미지가 선명하게 보이는 경험을 합니다.

 

이제 이미지의 표현에 휘도가 얼마나 중요한지 어느정도 알게 되었는데,

추가로 필요한 것은 모든 디스플레이에서 영상이 동일하게 표현 되도록 하는 방법입니다.

정확히 얘기하면 영상을 보는 사람이 동일한 영상이라고 인지할 수 있도록 하는 방법이 필요합니다.

 

이것을 위해서 휘도를 잘 다룰 수 있는 방법이 필요하게 되었는데 Barten 이라는 분이 아래의 Function을 발견하게 되었습니다. 이 function은 실제로 gamma로 변환하여 일반 모니터의 gamma curve와 비교해 보면 차이가 있습니다.

바로 GSDF (Grayscale Standard Display Function) 이고 DICOM standard part 14에도 나옵니다.

GSDF, JND to Luminance

이 Function에서 수평축 JND index의 자세한 설명은 생략 하겠습니다. 관심 있으시면 Barten의 이론을 찾아 보시면 되겠습니다. 수직축은 Luminance를 나타내며 L1 과 L2는 디스플레이 디바이스의 표현 범위를 나타냅니다.

 

예를 들어 L1이 모니터라면 스펙상 밝기(candela)가 어두운 모니터이고 밝기의 범위도 좁습니다.

L2도 모니터라면 스펙상 밝기(candela)가 밝은 편이지만 역시나 밝기의 범위는 좁습니다.

Real black, white 를 구현하는 모니터는 범위가 넓겠지요.

 

수평축의 JND index는 사람의 눈으로 구분 되는 흑백 level 이지만 실제 pixel data로 계산되는 gray level 값과는 차이가 있습니다. JND index의 간격은 실제 사람의 눈이 흑백 level을 구분하는 일정한 값 이라고 할까요. 설명하기 어렵군요.

 

아무튼 Barten이 발견한 것은, 사람이 디스플레이 디바이스 L1 과 L2에서 동일한 영상을 봤을때에  두 영상이 동일한 영상으로 인식하게 된다는 것입니다.

즉 GSDF 를 따르는 디스플레이를 만들면 어떠한 grayscale 영상이든지 동일한 이미지로 인식하게 된다는 것입니다.

 

앞서 말한 의료용 모니터들은 대부분 GSDF를 따르는 디스플레이 디바이스입니다.

 

 

DICOM data는 어떻게?

GSDF 를 사용해야 한다면 영상을 획득한 당시에 DICOM data를 어떻게 생성해야 할까요?

영상을 획득하는 환경이 일단 두가지가 있겠네요.

 

1. 의료 영상 획득 장치가 GSDF 모니터나 디바이스를 사용하고 있다.

  - 이 경우는 획득한 영상을 그대로 저장하면 되겠네요. 보이는 영상과 데이터가 GSDF에 일치할테니 말이죠.

 

2. 의료 영상 획득 장치가 일반 모니터나 디바이스를 사용하고 있다.

 - 이 경우에 획득한 영상을 그대로 저장하면 GSDF  모니터에서는 다르게 보이겠군요.

 - GSDF를 지원하기 위한 두 가지 방법이 있습니다.

   a. pixel data를 P-value로 변환하여 저장한다. 변환을 위해서는 모니터나 디바이스의 특성 곡선을 미리 알고 있어야 한다. 자세한 설명은 생략 합니다. JND index와 관련 있고 Barten의 이론을 참고하세요.

   b. pixel data를 그대로 저장하고 GSDF를 위한 lookup table을 추가한다. 이 경우도 모니터의 특성 곡선을 미라 알아야 합니다.

 

1번의 경우가 구현하기는 쉽겠지만 GSDF 디바이스가 고가인 관계로 비용이 많이 들 수 밖에 없습니다.