孟昭陽 金玉博 馬躍 湯旋毓

（1.遼寧省檢驗檢測認(rèn)證中心 遼寧省沈陽市 110171 2.遼寧何氏醫(yī)學(xué)院 遼寧省沈陽市 110125）

目前國內(nèi)越來越多的醫(yī)院步入了數(shù)字化建設(shè)的階段，診斷專用顯示器（也稱為醫(yī)用顯示器）也越來越多的用于PACS系統(tǒng)和數(shù)字放射影像設(shè)備。醫(yī)用顯示器在整個影像鏈中起著信息傳達(dá)的作用，醫(yī)療診斷疾病的準(zhǔn)確性很大一部分取決于顯示器所顯示的圖像信息，所以醫(yī)用顯示器的特性和品質(zhì)受到越來越多人的關(guān)注。但是由于醫(yī)用顯示器的價格比普通顯示器高出很多，很多醫(yī)院在考慮到設(shè)備配置時，往往忽視兩種顯示器的技術(shù)性能和質(zhì)量的差別，簡單的選用普通顯示器來替代醫(yī)用顯示器。這種做法雖然節(jié)省了資金，卻給臨床醫(yī)療質(zhì)量帶來很大的隱患。本文使用色彩分析儀、照度計和AAPM 測試圖形，對醫(yī)用顯示器和普通民用顯示器兩組設(shè)備分別測試基本光亮度、灰度分辨率、亮度一致性等性能參數(shù)。對比分析測得兩類顯示器性能指標(biāo)差異。

1 試驗概況

在影像顯示系統(tǒng)中，圖像呈現(xiàn)的質(zhì)量會受到單個零部件的限制或降低。醫(yī)用顯示器與普通顯示器所用零部件不同，其呈現(xiàn)的圖像質(zhì)量也不同，所以需要適當(dāng)?shù)臏y量對其進(jìn)行質(zhì)量評價。

為了在評價兩組設(shè)備性能指標(biāo)差異時，有效消除環(huán)境因素造成的影響，試驗場地設(shè)在我院專用醫(yī)用顯示器實驗室，在同樣的環(huán)境溫度、濕度和照度的條件下進(jìn)行試驗。為確保兩組設(shè)備的良好工作狀態(tài)，在進(jìn)行試驗前由工程師對兩組設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行檢測調(diào)試，使顯示器的各項指標(biāo)符合出廠要求。使用CA-410色彩分析儀、照度計和AAPM 測試圖樣測試醫(yī)用顯示器及普通民用顯示器的性能指標(biāo)參數(shù)，實時記錄顯示器灰度分辨率、亮度、色度等相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的整理和計算使用EXCEL。

1.1 試驗條件與設(shè)備

1.1.1 環(huán)境條件

溫度26℃，濕度20%，供電電源220V 50Hz。

在開始測試前，影像顯示器前面板根據(jù)使用指導(dǎo)書進(jìn)行清潔；確保影像顯示系統(tǒng)之前所有標(biāo)稱設(shè)置都無變動；室內(nèi)光線，窗戶，觀察器等不應(yīng)引起影像顯示器表面的干擾性反射；室內(nèi)的環(huán)境光保持在正常使用狀態(tài)下。

1.1.2 設(shè)備與工具

測試開始之前，將顯示器安裝好，并遵照制造商推薦的方法啟動；為了維持其性能穩(wěn)定,測出的數(shù)據(jù)更精確，在開始測試前，影像顯示器應(yīng)先接通電源并遵照制造商的規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱30min左右。

（1）照度計。照度計是一種專門測量光度、亮度的儀器儀表。它由主機(jī)和一個光傳感器組成，測量范圍是(0-50000)lux，室內(nèi)的平均光照度是(100-1000)lux，室外的太陽光照度大概是50000lux。

（2）色度計。色度計應(yīng)能評價CIE所規(guī)范的（ISO11664-1：2007）色彩坐標(biāo)，并在影像顯示系統(tǒng)的亮度范圍內(nèi)，在u’，v’空間對于標(biāo)準(zhǔn)照度具有優(yōu)于±0.004（在x，y空間里是0.007）的精度。色度計的校準(zhǔn)應(yīng)可以追溯到基本測量標(biāo)準(zhǔn)并具有明確的校準(zhǔn)程序。

（3）色彩分析儀。本次實驗選用的是CA-410色彩分析儀，具有高傳感器靈敏度和高速計算性能，CA-410縮短了多次執(zhí)行亮度和色度評估和調(diào)整所需的時間；使用擬合LED光譜的標(biāo)準(zhǔn)光源做校準(zhǔn)，提升儀器自身的色度測量精度，可更準(zhǔn)確地測量和調(diào)整顯示器的色度和白平衡。

1.1.3 測試圖形

如圖1和圖2所示。

圖1：用于綜合評價的TG18-QC

1.2 性能指標(biāo)

本章所有實驗實驗開始之前，顯示器均已預(yù)熱，且符合時間規(guī)定；本章所有實驗均在環(huán)境光正常條件下進(jìn)行，顯示器屏幕調(diào)節(jié)與桌面垂直，按照制造商推薦的方法啟動；本章所有的目視測試均在影像顯示器的中心，觀察距離均為正常使用時的常規(guī)距離，眼睛與顯示器垂直觀測。

1.2.1 整體圖像質(zhì)量評價

通過目視法，觀測圖1，TG18-QC測試圖形中的測試單元可以用來評價顯示器的整體圖像質(zhì)量。包括對測試圖形線對的目視檢查、5%和95%圖塊的目視檢查、字符的目視檢查、白色-黑色的目視檢查、16個輝度塊的目視檢查、灰度的目視檢查、定中心的目視檢查、閃爍的目視檢查、噪點的目視檢查、視頻偽影的目視檢查等來評價顯示器的整體圖像質(zhì)量，實驗結(jié)果見表1。

表1：醫(yī)用顯示器與普通顯示器整體圖像質(zhì)量評價測試結(jié)果

1.2.2 灰度分辨率

顯示器的灰度分辨率使用測試圖形TG18-MP（如圖2）采用目視的方法來評價。測試時，為了更清楚、直觀的觀察測試圖形各單元，可以把圖形放大至200%，測試結(jié)果見表2。

表2：灰度分辨率測試結(jié)果

圖2：用于光照度分辨率的TG18-MP

1.2.3 基本光亮度

使用照度計，測得環(huán)境光E為17 lx，漫反射系數(shù)Rd由制造商連同特定測量方法一起給出，即R=0.5%。根據(jù)公式（1）：

計算得出環(huán)境光L為0.085cd/m。

實驗公式

影像顯示器的光亮度比：

安全系數(shù)：

測試圖形TG18-LN8-01和TG18-LN8-18可以用來測顯示器的基本光亮度。將色彩分析儀分別垂直對準(zhǔn)顯示器屏幕中心，在DDL=0和DDL=255時，測得顯示器的L’和L’，根據(jù)公式（2）（3）計算得出L、L，根據(jù)公式（4）（5）計算得出光亮度比 r’和安全系數(shù)a。

通過上述實驗測得數(shù)據(jù)及計算得出數(shù)據(jù)列于表3。

表3：顯示器基本光亮度測試數(shù)據(jù)

醫(yī)用顯示器的L’值大于普通顯示器，為了維持人類視覺反應(yīng)系統(tǒng)的介視區(qū)域，推薦L’值較高的顯示器，從而維持人眼視覺反應(yīng)系統(tǒng)的介視區(qū)域。

醫(yī)用顯示器的平均光亮度比為588.324，安全系數(shù)為0.122；普通顯示器的平均光亮度比為646.975，安全系數(shù)為0.257。由此可見，醫(yī)用顯示器的光亮度比、安全系數(shù)更小，所有醫(yī)用顯示器的基本亮度優(yōu)于普通顯示器的基本亮度。醫(yī)用顯示器亮度趨于恒定，不隨時間變化而變化。

1.2.4 亮度一致性

在測試之前，將顯示器分別將醫(yī)用顯示器和普通顯示器的屏幕調(diào)節(jié)與桌面垂直，按照制造商推薦的方法啟動，分別進(jìn)行預(yù)熱。

測量值應(yīng)與灰階標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)（GSDF）相關(guān)。首先它們應(yīng)被變換成顯著不同的基于人類視覺系統(tǒng)特性（J值對應(yīng)亮度）的索引（J值）。J值對應(yīng)測量到的L'和L'，J和J應(yīng)予以鑒別。中間的J值應(yīng)在J到J范圍內(nèi)均勻的分布，ΔJ，并且與實際使用的P值線性相關(guān)，P，如：

式中：

——P是系統(tǒng)的數(shù)字輸入

——i是指用于本試驗的18個測試圖形的索引。

式中：

使用色彩分析儀在TG18-LN8-01~18的18個測試圖形（8位灰度等級0,15,30，...，240,255）步驟中進(jìn)行，產(chǎn)生了總共18個測試結(jié)果，根據(jù)公式（7）和公式（8）計算出最大偏差。兩種顯示器亮度一致性數(shù)據(jù)最大偏差對比見表4，繪制的DICOM曲線及±10%的誤差曲線列于圖3。

圖3：亮度一致性最大偏差對比圖

表4：顯示器亮度一致性數(shù)據(jù)與最大偏差

通過實驗數(shù)據(jù)得出，醫(yī)用顯示器的最大偏差均小于10%，實驗測得的18個點均在DICOM曲線+/-10%范圍內(nèi)，符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)；而普通顯示器的最大偏差均在90%以上，且實驗測得的18個點大部分都在DICOM曲線+/-10%范圍外，不符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.5 亮度均勻性

利用TG18-UN80測試圖形，測試亮度均勻性。將顯示器的光亮度值設(shè)置為生產(chǎn)廠商推薦的校準(zhǔn)光亮度值，使用色彩分析儀分別垂直對準(zhǔn)顯示器屏幕四角及中心位置的亮度進(jìn)行測試，根據(jù)公式（9）計算得出光亮度的最大偏差。測試結(jié)果如表5。

表5：醫(yī)用顯示器亮度均勻性

由上述實驗數(shù)據(jù)得出，醫(yī)用顯示器的最大偏差均小于5%，普通顯示器最大偏差均為8%以上。所以，醫(yī)用顯示器的最大偏差小于普通顯示器的最大偏差，即醫(yī)用顯示器的亮度均勻性優(yōu)于普通顯示器的亮度均勻性。

1.2.6 色度均勻性

利用TG18-UN80測試圖形，測試色度均勻性。將顯示器的光亮度值設(shè)置為生產(chǎn)廠商推薦的校準(zhǔn)光亮度值，使用色彩分析儀分別垂直對準(zhǔn)顯示器屏幕四角及中心位置進(jìn)行測試u’-v’空間的距離，得出色度坐標(biāo)，根據(jù)公式（10）計算得出色度的最大偏差Δu’v’。測試結(jié)果如表6。

表6：醫(yī)用顯示器色度均勻性

由上述實驗數(shù)據(jù)得出，醫(yī)用顯示器四角及中心色度最大偏差均小于等于0.003，普通顯示器最大偏差為0.004，所以醫(yī)用顯示器色度均勻性優(yōu)于普通顯示器色度均勻性。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

醫(yī)用顯示器的L’值大于普通顯示器，為了維持人類視覺反應(yīng)系統(tǒng)的介視區(qū)域，推薦L’值較高的顯示器，從而維持人眼視覺反應(yīng)系統(tǒng)的介視區(qū)域。

通過實驗數(shù)據(jù)得出，醫(yī)用顯示器的亮度響應(yīng)最大偏差均小于10%，且符合DICOM曲線要求，實驗測得的18個點均勻分布在DICOM曲線的實線上；而普通顯示器的最大偏差均在90%以上，且曲線中的點排列雜亂無章。醫(yī)用顯示器的亮度均勻性最大偏差均小于5%，普通顯示器最大偏差均為8%以上。所以，醫(yī)用顯示器的最大偏差小于普通顯示器的最大偏差，即醫(yī)用顯示器的亮度均勻性大于普通顯示器。醫(yī)用顯示器四角及中心色度最大偏差均小于等于0.003，普通顯示器最大偏差均為0.004，所以醫(yī)用顯示器色度均勻性優(yōu)于普通顯示器。

顯示器的光亮度比越小，不同角度的光亮度偏差越小，呈現(xiàn)的圖像越清晰。灰階層次越多，讀片的質(zhì)量越高，提升醫(yī)學(xué)判讀準(zhǔn)確程度。臨床診斷中，X光片黑白色占比居多，所以對顯示器灰階的要求很高。

測試顯示器均勻性，顯示器亮度最大偏差越小，X光檢查時呈現(xiàn)的圖像越清晰。顯示器的四角及中心存在亮度差，醫(yī)生在診斷病癥時通常會把兩張X光片放在一起同時觀察，用兩張腫瘤X光片舉例，如果顯示器均勻性的最大偏差過大，那么，顯示器各個角落亮度差也偏大，會導(dǎo)致一張可以診斷出腫瘤，一張診斷不出腫瘤，這就直接影響醫(yī)生對病癥的判斷，導(dǎo)致患者得不到及時的治療。所以，應(yīng)用于臨床診斷，醫(yī)用顯示器更合適。

3 前景展望

綜上所述，醫(yī)用顯示器比普通民用顯示器基本光亮度、均勻性、分辨率等方面的技術(shù)參數(shù)要高的多。顯示器是醫(yī)學(xué)影像鏈的最后一個階段，因此色度、亮度等性能指標(biāo)校準(zhǔn)的好壞將直接關(guān)系到醫(yī)生是否能夠及時發(fā)現(xiàn)組織或病變的密度差別。

顯示器在傳達(dá)信息任務(wù)中有著舉足輕重的地位，醫(yī)用顯示器不僅質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，而且能夠發(fā)揮高分辨能力，在臨床診斷中展現(xiàn)這種設(shè)備優(yōu)勢，是醫(yī)療事業(yè)發(fā)展中不可或缺的“成員”。醫(yī)用顯示器在臨床診斷中是不可替代的，顯示器的成像質(zhì)量在日常病癥診斷中起到了至關(guān)重要的作用，圖像顯示質(zhì)量將直接影響到臨床診斷的精準(zhǔn)性。一旦在選擇方面出現(xiàn)偏差，將對醫(yī)院內(nèi)所有醫(yī)學(xué)影像類數(shù)字化建設(shè)造成極大的影響，并導(dǎo)致醫(yī)院內(nèi)整體醫(yī)療質(zhì)量的下降。

現(xiàn)如今是人工智能大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的時代，顯示器在臨床上使用的越來越多。符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用顯示器，能夠更快、更準(zhǔn)、更清晰的將患者的病癥呈現(xiàn)出來，使醫(yī)生能夠接收到更有價值的信息，提高了醫(yī)生診斷的效率，降低了誤診的風(fēng)險，推動醫(yī)用級別顯示器納入醫(yī)療器械管理。

在不久的將來，綜合患者記錄和電子健康記錄將提供與患者相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，包括圖像，提供完整的醫(yī)療程序記錄。鑒于保健信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施目前的發(fā)展速度，這些數(shù)據(jù)將很容易通過各種模式的圖像數(shù)據(jù)獲得，而且這些數(shù)據(jù)很可能出現(xiàn)在同一顯示器上，提供單一的存取點。為了達(dá)到高水平的圖像保真度，需要一個定義良好的顏色框架來傳遞顏色信息。