To quantitatively evaluate the performance of the most used colormaps in image display using perceptual metrics and to what extent these measures are congruent with the true intensity or uptake of pixels at different levels of defect severity in simulated cardiac images.
Six colormaps, labeled \"Gray\", \"Thermal\", \"Cool\", \"CEqual\", \"Siemens\" and \"S Pet\" extracted from FIJI ImageJ software are included. Colormap data are converted from the red, green, blue color space to CIELAB. Perceptual metrics for measuring \"color difference\" were calculated, including difference (ΔE76) and \"speed\". The pairwise color difference in every two levels or entries is visualized in a 2-dimensional \"heatmap distance matrix\" for each colormap. Curves are plotted for each colormap and compared. In addition, to apply this technique to clinical images, simulated short-axis cardiac slices with incremental defect severity (10% grading) were employed. The circumferential profile curves of true pixel intensity, lightness or luminance, and color difference are plotted simultaneously for each defect severity to visualize the concordance of the three curves in various colormaps.
In 0% defect, all the curves are at the highest level, except for \"s pet\", in that the lightness is not at its maximum value. In the phantom with 10% defect (or 90% of maximum value), discrepancies among curves appear. In \"Siemens\", the ΔE76 drops sharply. In \"Siemens\" colormap, the ΔE76 drops sharply. In 80% defect, ΔE76 curve, in \"gray\" colormap drops more slowly than other curves of other colormaps. In \"s pet\", lightness curve rises paradoxically, although the count intensity and ΔE76 curve match. In 70% defect, again, the curves are in good agreement in \"thermal\", \"Siemens\" and \"cequal\". However, a consistent lag exists in \"gray\". Up to 50% defect, curves maintain their expected pattern, but in defects more severe than 40%, lightness and ΔE76 curves in \"cool\" and \"cequal\" rise paradoxically, and in \"thermal\", they start to slow down in descent. In \"Siemens\", falling pattern of the three curves continues. For \"s pet\" colormap, an erratic pattern of lightness and ΔE76 curves exists.
Of 6 colormaps investigated for estimating defect severity, \"grayscale\" is less favorable than others and \"thermal\" performs slightly better. \"S pet\" or rainbow, which is used traditionally by many practitioners, is strongly discouraged. The \"Siemens\" colormap suffers from decreased discriminating power in the range of mild to moderate/severe. In contrast, the \"cool\" and \"cequal\" colormaps outperform the other colormaps employed in this study to some extent, although they have some shortcomings.
Görüntü ekranında en çok kullanılan renk haritalarının performansını algısal ölçümler kullanarak niceliksel olarak değerlendirmek ve bu ölçümlerin, simüle edilmiş kardiyak görüntülerdeki farklı defekt şiddeti seviyelerindeki piksellerin gerçek yoğunluğu veya alımıyla ne ölçüde uyumlu olduğunu değerlendirmektir.
Çalışmaya FIJI ImageJ yazılımından çıkarılan “Gri”, “Termal”, “Soğuk”, “CEqual”, “Siemens” ve “S Pet” etiketli altı renk haritası dahil edilmiştir. Renk haritası verileri RGB renk uzayından CIELAB’a dönüştürülür. “Renk farkını” ölçmek için “fark” (ΔE76) ve “hız” dahil algısal ölçümler hesaplandı. Her iki seviyedeki veya girişlerdeki ikili renk farkı, her renk haritası için 2 boyutlu bir “ısı haritası uzaklık matrisinde” görselleştirilir. Her renk haritası için eğriler çizilir ve karşılaştırılır. Ek olarak, bu tekniği klinik görüntülere uygulamak için, artan defekt şiddetine (%10 derecelendirme) sahip simüle edilmiş kısa eksenli kalp kesitleri kullanıldı. Gerçek piksel yoğunluğunun, açıklığın veya parlaklığın ve renk farkının çevresel profil eğrileri, çeşitli renk haritalarında üç eğrinin uyumunu görselleştirmek amacıyla her defekt şiddeti için eşzamanlı olarak çizildi.
%0 defektte “s pet” dışında tüm eğriler en yüksek seviyede olup açıklık maksimum değerde değildir. %10 defektli (veya maksimum değerin %90’ı) fantomda eğriler arasında tutarsızlıklar görünür. “Siemens”te ΔE76 keskin bir şekilde düşüyor. “Siemens” renk haritasında ΔE76 keskin bir şekilde düşüyor. %80 defektte, ΔE76 eğrisi, “gri” renk haritasında diğer renk haritalarının diğer eğrilerine göre daha yavaş düşer. “S pet”te, sayım yoğunluğu ve ΔE76 eğrisi eşleşse de açıklık eğrisi paradoksal olarak artar. %70 defektte ise yine “termal”, “Siemens” ve “cequal” eğriler iyi bir uyum içindedir. Ancak “gri” renkte tutarlı bir gecikme mevcuttur. %50’ye kadar defektte, eğriler beklenen şeklini korur, ancak %40’tan daha şiddetli defektlerde, açıklık ve ΔE76 eğrileri “soğuk” ve “cequal”de paradoksal olarak yükselir ve “termal”de alçalırken yavaşlamaya başlar. “Siemens”te üç eğrinin düşme paterni devam eder. “S pet” renk haritası için düzensiz bir açıklık modeli ve ΔE76 eğrileri mevcuttur.
Defekt şiddetini tahmin etmek için incelenen 6 renk haritasından “gri tonlamalı” diğerlerine göre daha az avantajlıdır ve “termal” biraz daha iyi performans göstermektedir. Birçok uygulayıcı tarafından geleneksel olarak kullanılan “s pet” veya gökkuşağı kesinlikle önerilmez. “Siemens” renk haritası, hafif ile orta/şiddetli aralığında ayırt edici gücün azalmasından muzdariptir. Buna karşılık “cool” ve “cequal” renk haritaları, bazı eksiklikleri olsa da, bu çalışmada kullanılan diğer renk haritalarından bir dereceye kadar daha iyi performans göstermektedir.