医用画像システムにおける Display Consistency の開発
システム全体での画像の見え方整合性の実現
The Development of Network Display Consistency in Medical Imaging Systems

小野陽Ono, Youichi

一＊

藤田

晴

美＊

戸Fujita, Harumi

要旨

田治

幸＊

Toda, Haruyukiている。また、フィルムの場合は、最高濃度（Dmax）が近年、病院におけるネットワーク化やモニタ診断の普3.0のものが多く使用されるが、近年需要が高まっている及により、システム全体で画像階調の見え方を整合させマンモグラフィ（乳房撮影）では、Dmax3.6以上のフィルる こ と が 強 く 望 ま れ て い る 。 従 来 、 自 社 の 医 用機器

ムが使用されるため、フィルムのダイナミックレンジも（REGIUS、DRYPRO、VISICAL等）は、画像データのシステム内で一定ではないケースが増えている。これら

画素値のスケールを相対濃度値として運用していたが、より、出力階調やダイナミックレンジが異なるモニタ

今回、全ての医用機器製品の画素値を Barten の視覚モデや、フィルムが混在する中で画像階調の見え方を同様にルに基づく視覚にリニアな値に変えて運用することで、すること（Display Consistency）が、非常に重要となっ他社装置含め、システム全体での見え方の整合性を実現ている。

した。本稿では、その技術内容について報告する。

本稿では、システム全体で画像階調の見え方を整合させる仕組みを検討し、各製品に実装した内容について報Abstract

告する。

With the widely-spreading adoption of medical information networks and the increasing practicality of remote
medical diagnoses using video monitors, it is now essential that the images displayed be identical in gray scale on
every monitor within a network. In medical products such

２

課題と対策

医用画像システム全体で階調の見え方を整合させるためには、主に下記５つの課題を解決する必要がある。

as the REGIUS, DRYPRO, and VISICAL, we have used

１．DICOM GSDF未対応装置の混在

relative gray levels for image pixel values. We can now

２．見え方を合わせる階調変換方法

display images of consistent gray scale across a network -３．Dmaxが異なるフィルムの混在

regardless of the manufacture of the devices involved - by

４．従来装置や過去画像の混在

converting the image pixel values used in our products

５．表示装置や観察環境の経時変化

into a linear flow characteristic based on Barten's model of

上記課題への対策内容について以下に説明する。

the human visual system.
２．１１DICOM GSDF 未対応装置の混在環境への対策

医用デジタル画像ネットワークの標準規格である

はじめにDICOM（Digital Imaging and Communications in

近年、医療施設における経営効率の改善は重要課題とMedicine）ではPart14の中で、Bartenモデルと呼ばれなっており、デジタル、ネットワークの導入による作業

る、人間の視覚特性を基にしたグレースケール標準表示効率の向上が進められている。また、包括診療制度の導関数（GSDF：Grayscale Standard Display Function）を入や、高精細モノクロLCD（Liquid Crystal Display）モ用いることにより、異なるダイナミックレンジを持つ表ニタの登場により、読影にフィルムを使わないモニタ診示装置間の見え方を合わせる方法を定義している。

断が普及しつつある。ネットワーク、モニタ診断の普及

DICOM GSDFに対応するためには、下記SOP（Serviceにより、撮影した画像を複数のモニタで読影、参照したObject Pair）クラスの実装が必要となる。

り、異なる撮影装置で作成した画像を、同一の装置で観ハードコピー：Presentation LUT SOP Class

察するというように、医療画像の運用形態が変化してきソフトコピー：Grayscale Softcopy Presentation State
Storage SOP Classている。この場合、複数の装置間で画像表示階調の見え方が異なれば、診断に不都合が生じることになる。例え

しかし、現時点では、一般的に上記SOPクラスに対応

ば、病院内では、輝度が100cd/㎡程度の汎用カラーモニしていない装置が数多く存在し、これらの装置とも見えタから700cd/㎡程度の高精細モノクロモニタまで使われ方を合わせることが必要となる。最近、殆どの医療用高＊コニカミノルタエムジー㈱精細モノクロモニタは、後に説明するGSDFのキャリブ開発センター

ＭＩシステムグループ

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127レーションが可能であることより、対策としてREGIUSか次にGSDFを用いて、異なるダイナミックレンジを持つら上記 SOPクラスに未対応の装置に送信する画像の画素デバイス間の見え方を合わせる方法について説明する。

値を、従来の相対濃度値（Ｄ値）から、Bartenの視覚モ

Fig.２は、ダイナミックレンジの異なる出力デバイスAとデルに基づく視覚にリニアな値（後に説明するＰ値）にＢの輝度の対応関係を示している。それぞれのデバイス変更することとした。これにより、ビューアのアプリの輝度を、GSDFを用いて視覚にリニアなJND indexに変ケーションが前記 SOPクラスに対応していなくても、装換し、JND index上で、個々のデバイスの階調をリニアに置間の見え方を合わせることが可能となった。

対応させることにより、ダイナミックレンジが異なるデバイス間の見え方を合わせることが出来る。

２．２

見え方を合わせる階調変換方法

ダイナミックレンジが異なる装置間の見え方を合わせる階調変換方法について説明する。画像生成装置と画像出力装置で以下の階調処理を行うことで、見え方を合わせることが可能となる。
①

画像生成装置
画像データの画素値を出力装置のダイナミックレンジに依存しない視覚にリニアなスケールに変換して送信する。
②

画像出力装置
受信した画像を、視覚にリニアなスケール上で線形変換を行い、出力装置のダイナミックレンジに合わせて表示、またはプリントを行う。
視覚にリニアなスケールとして、CIE表色系で定義され＊ている明度Ｌ や、輝度の対数値を用いる方法等が使われFig.2 Display consistency between devices
A and B using GSDF conversion.ているが、他社装置含めたシステム全体で見え方を合わせるためには、標準的なスケールを用いることが重要でこのように、デバイス間の輝度を対応させる手段としある。これより、標準規格であるDICOM Part14のGSDFて、CR（Computed Radiography）等の画像生成装置で定義されているJND（Just−Noticeable Difference）や、イメージャ／ビューア等の画像出力装置は、以下のindexを用いることにした。GSDFについて以下に説明す機能を有する必要がある。

る。
２．２．２
２．２．１

GSDF について

画像生成装置の階調処理

画像生成装置では、画像データの画素値をＰ値に変換

Fig.１にGSDFカーブを示す。横軸はJND indexというして送信を行う。Ｐ値とは、JND indexを正規化したものスケールであり、JND indexの１ステップの差が、人が識で、視覚にリニアな値である。Fig.３を用いてREGIUSの別できる最小の輝度差に対応している。つまり、JND index

画素値である12bitの相対濃度値（Ｄ値）からＰ値を求めの変化量が同じなら、明るいところでも、暗いところでるまでの階調変換方法を説明する。まず、Ｄ値の０〜4095も同じ程度の見え方の差として知覚されることより、JNDはフィルムの最低濃度（Ｄmin）〜最高濃度（Ｄmax）にindexは視覚にリニアなスケールである。

リニアに対応する（第１象限）。次にフィルムを透過したシャウカステン光の輝度 Lf をa式で求める（第２象限）。
Lf = La + L0 ×10−D・・・a

但し、Lf ：フィルム面の輝度
La ：周囲光がフィルム面で反射する輝度
L0 ：シャウカステン輝度
D ：フィルム濃度
ここで、REGIUSでは、画像を観察する標準的な環境としてL0=2000cd/㎡、La=10cd/㎡を用いている。次に、GSDFカーブを用いて、輝度からJND indexを求め（第３Fig.1 Grayscale Standard Display Function(GSDF)

128象限）、JND indexの最小値がP値の最小値（０）、JND

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indexの最大値がP値の最大値（4095）に対応するようにフィルム濃度に応じて、REGIUSから出力する画像の階調正規化を行う（第４象限）。以上の処理により、Ｄ値をＰ処理を変えて、適切な階調を得ていた（Fig.５）。

値に変換するLUTを作成し、画像に適用して送信を行う。

Fig.5 Gray scale flow in image transmission
from REGIUS to DRYPRO in old method.

しかし、REGIUSとイメージャ間に他社PACS（PictureArchiving and Communication System）が入った場合、濃度3.0用に処理した画像が濃度3.6のフィルムに出力されたり、逆に濃度3.6用に処理された画像が、濃度 3.0のフィ
Fig.3 Conversion of D-Value to P-Value using GSDF for animage-acquisition device such as REGIUS.

ルムにプリントされる場合があり、階調の整合性が得られないという問題があった。また、REGIUSの処理パラメータを出力先フィルムのDmax毎に用意する必要があ

２．２．３

画像出力装置の階調処理り、非常に煩雑であった。これらの問題への対策としイメージャ、ビューアなどの画像出力装置は、Fig.４にて、Fig.６に示すように、REGIUSの階調処理を出力先の示す階調特性（入力値と表示輝度/濃度の関係）で出力をDmaxに関係なく同じ処理を行い、画像をＰ値に変換して行う。まず、入力画素値（Ｐ値）が、装置のJND indexの出力する。また、DRYPROでは、受信したＰ値画像を、ダイナミックレンジにリニアに対応するように変換（第出力するフィルム濃度に応じて、GSDF変換を行って出力１象限）し、GSDFカーブを用いて輝度に変換する（第２する。これによりPACSが介在しても適切な階調でフィル象限）。モニタ表示では入力画素値が上記輝度に対応するムプリントが行えるようになった。

ようにキャリブレーションを行う。イメージャの場合
は、s式により輝度を濃度に変換（第３象限）し、入力画素値が上記濃度に対応するようにキャリブレーションを行う。
Ｄ = −log ( ( Lf−La ) / L0 )・・・s
Fig.6 Gray scale flow in image transmission from REGIUS
to DRYPRO in new method.

Fig.７は、従来の方法で、濃度3.0と濃度3.6のフィルムにプリントした場合と、上記Ｐ値変換を行って濃度3.6フィルムにプリントした場合の、濃度階調を比較したグラフである。Ｐ値変換を行う新手法でも、診断上重要とFig.4 Conversion of P-Value to luminance and density
using GSDF for an image-output device.

２．３

Dmax が異なるフィルムへの対策

一般的には、Dmax 3.0 のフィルムが多く使われているが、マンモグラフィー（乳房撮影）では、Dmax 3.6 以上の高濃度フィルムが使われる。この為、従来は出力先のFig.7 Comparison of characteristic curves on DRYPRO
films using the old and new methods.

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129

なる中間濃度領域が、従来方法と同様に適正な濃度階調値/Ｐ→Ｄ値変換ゲートウェイを設定することで整合でプリントされることが分かる。

性を得る。

２．４

従来装置や過去画像の混在環境への対策

既設システムへ新仕様を適用する場合などは、Ｐ値画像の送受信に未対応の装置や、他社メーカのサーバに保存された過去のＤ値画像との整合性確保が問題となる。
対策として、Ｄ値→Ｐ値変換、Ｐ値→Ｄ値変換ゲートウェイを設けることにより、階調の整合性を確保する。

Fig.9 Gray level flows in image transmission fromREGIUS in old and new methods.

Fig.8 Gray level conversion gateways forconventional modality and output device.

２．５

表示装置や観察環境の経時変化への対策

４

対応機種

一度、デバイス間の見え方を合わせても、モニタの劣下記製品に対して、新ソフトウェアバージョンから、化や故障、或いは周囲光の変化による映り込みの影響な前記新仕様を実装した。また、今後リリースする新機種

どにより、時間の経過とともに見え方は変化する。例えに対しても新仕様を実装する予定である。

ば、CRT（Cathode Ray Tube）は、カソード電極や蛍光・Ｐ値画像送信機能

体の劣化等により、一般的に15000時間程度で輝度が半減する。LCDの場合もバックライトの劣化により、30000時

REGIUS CS-1, REGIUS-IM, REGIUS MODEL 150
・Ｐ値画像受信機能間程度で輝度が半減することが知られている。この為、モニタの品質管理が重要となり、輝度計を用いたモニタ

DRYPRO MODEL 771,DRYPRO MODEL 751/752
・Ｐ値→Ｄ値、Ｄ値→Ｐ値変換ゲートウェイ機能
ID-680RMのキャリブレーション機能により、モニタの個体差や周囲光の影響含めた表示階調の変化に対する補正を可能としている。

３５

Display Consistency の基本仕様

以上を踏まえ、システム全体で階調の見え方を整合さまとめ

Display Consistencyの基本仕様を検討し、各製品へ実装を行った。これにより、下記の課題を解決し、システ
ム全体での見え方の整合性を実現した。
１．DICOM GSDF 未対応装置の混在せる為の基本仕様を以下に示す。
１）REGIUSから他社ホスト、及びDRYPROに対して、２．見え方を合わせる階調変換方法

P値に変換した画像を送信する。但し、自社ホストに３．Dmax が異なるフィルムの混在

対しては、受信ホストで自動階調処理、周波数処理、４．従来装置や過去画像の混在ダイナミックレンジ圧縮処理等の再処理を行えるよ

５．表示装置や観察環境の経時変化

う、従来通り未処理画像で送信する。（Fig. ９）

今後、医療システムのネットワーク化や、モニタ診断

２）R E G I U S の自動階調処理は、出力先フィルムのが更に進展する中で、最適な診断画像を提供するためには、モニタの品質管理や、モニタ診断に適した表示技術

Dmax によらず同一の処理を行う。
３）DRYPRO は受信したＰ値画像を、出力するフィルが重要であり、これらの検討を行っていく。最後に、取ム濃度に応じて GSDF 変換を行ってプリントする。

り組みに当たり、ご協力いただいた多くの関係者の方々

４）ホストは、受信したＰ値画像を GSDF 変換してモに感謝致します。

ニタ表示を行う。但し、GSDFキャリブレーションに対応していないモニタに表示する際は、表示 LUT で●参考文献

GSDF 変換を行い、モニタ表示を行う。

１）DICOM Part14 Grayscale Standard Display Function５）Ｐ値変換に未対応の従来装置に対しては、Ｄ→Ｐ

130２）REGIUS MODEL150 技術解説書

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