Anzeigesysteme in der Medizintechnik
Displays für die Befundung und Diagnostik
Die Anforderungen an den Aufbau und die optischen Werte sind bei einem Display für den Einsatz in der Medizintechnik ungleich höher als bei einem Industriedisplay. Das Panel selbst kann aber nicht alle Anforderungen erfüllen; es kommt auch auf die Ansteuerelektronik und die optischen Komponenten an.
Im Operationsraum, in der Befundung und bei der Diagnose sind Ärzte auf Monitore angewiesen, die für den medizinischen Einsatz qualifiziert sind. Schlüsselkomponenten dafür sind TFT-Displays. Sie müssen besondere Eigenschaften hinsichtlich der Optik aufweisen. Die elektrische Anpassung an das System übernimmt die Monitor-Elektronik. Sie unterstützt außerdem die Skalierung des Bildes, wenn erforderlich, die Ansteuerung der Hinterleuchtung und die Linearisierung nach DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Im Folgenden werden speziell die Eigenschaften eines Displays auf die Eignung für den Einsatz im medizinischen Umfeld betrachtet.
Tabelle 1 zeigt, welche durchaus unterschiedlichen Anforderungen an ein Display gestellt werden, das in einem medizinischen Umfeld eingesetzt werden soll.
Optische Spezifikationen
Im Datenblatt des Displays sind alle optischen Parameter in einer Tabelle zusammengefasst (Tabelle 2). Um Messwerte reproduzieren und vergleichen zu können, müssen bei den Messungen gleiche Bedingungen vorausgesetzt werden. Der Hersteller gibt in der Spezifikation detailliert an, mit welchen Aufbauten, Messgeräten und Verfahren die Werte ermittelt wurden. Vor Messungen muss der Prüfling Betriebstemperatur erreicht haben; die Messungen werden bei Raumtemperatur in einer dunklen Umgebung durchgeführt. Für die Betrachtung der Parameter in Tabelle 2 wurde die Spezifikation des LC-Displays LM270WQ3 von LG Display herangezogen.
Kontrast
Der Kontrast, umgangssprachlich als »Ablesbarkeit« verstanden, definiert den Quotienten zwischen hellstem und dunkelstem Bildinhalt. Für ein Bild mit hoher Dynamik ist ein hoher Kontrastwert wichtig, denn die Steigerung der Bildhelligkeit führt auch zu einem Anheben des Schwarzwerts. Da Flüssigkristalle nur Ventile für das von hinten einfallende Licht sind und dies nicht komplett blockieren, werden Displaytechniken wie IPS (In-Plane-Switching) und MVA (Multidomain-Vertical-Alignment) auch auf eine hohe Dämpfung hin optimiert. Ein häufig zum Einsatz kommendes Verfahren ist das Local Dimming, das im nächsten Absatz beschrieben wird.
Da LCDs nur das von hinten einfallende Licht modulieren, muss eine Hinterleuchtung für ausreichende Helligkeit sorgen. Der vom Display darstellbare Farbraum wird von Farbfilter und Hinterleuchtung bestimmt.
Heute werden ausschließlich LEDs als Lichtquelle für die Hinterleuchtung eingesetzt. Die LED-Hinterleuchtung kann entweder an den Kanten des Displays angebracht sein (Edge-Backlight), von wo aus das Licht über einen Diffusor flächig verteilt wird, oder hinter dem kompletten Panel montiert sein (Direct oder Matrix-Backlight). Bei Letzterem können die LEDs einzeln oder in Gruppen in Abhängigkeit vom Bildinhalt angesteuert werden (Full-Area-Local-Dimming), um den Schwarzwert abzusenken und dadurch den Kontrast zu steigern. Beim Bild einer Frau im roten Kleid auf einer grünen Wiese unter blauem Himmel leuchten immer nur die LEDs einer Farbe. Je höher die Anzahl der Zonen ist, aus denen sich die Hinterleuchtung zusammensetzt, desto feiner lassen sich die Bildinhalte voneinander abgrenzen.
Damit das Display einen weiten Farbraum aufweisen kann, müssen die Primärfarben eine große Fläche im CIE-Farbdiagramm aufspannen. Der Display-Hersteller stimmt die Transmissions-Wellenlängen des Farbfilters mit denen der LED-Hinterleuchtung ab. Industrie-Displays verwenden weißes Licht für die Hinterleuchtung, das mit einer blauen LED und einer gelb leuchtenden Phosphorschicht erzeugt wird. Das dadurch entstehende Spektrum nimmt das menschliche Auge als weiß wahr, wobei einzelne Spektrallinien der Transmissions-Wellenlänge des Farbfilters angepasst sind.
Mit dem Einsatz von Quantum-Dots lässt sich das Spektrum und damit der dargestellte Farbraum erweitern. Quantum-Dots wandeln die Wellenlänge des Lichts, das sie passiert. Die resultierende Farbe hängt von der Dimension der Dots ab. Das abgegebene Licht hat immer eine größere Wellenlänge als das einfallende. Mithilfe einer blauen LED-Hinterleuchtung können Quantum-Dot-Folien die drei Primärfarben erzeugen.
Jede Lichtquelle altert. Bei medizinischen Displays wird die Helligkeit des Displays von der internen Elektronik gemessen und nachgeregelt. Dadurch behält das Display trotz Alterung der Hinterleuchtung die Darstellung wie am ersten Tag und liefert reproduzierbare, miteinander vergleichbare Abbildungen.
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