PACS系統(tǒng)液晶顯示器質(zhì)量評價系統(tǒng)的研發(fā)

孫凱，施紅

衛(wèi)生部北京醫(yī)院 a.老年醫(yī)學部設備管理室；b.老年醫(yī)學部辦公室，北京 100730

PACS系統(tǒng)液晶顯示器質(zhì)量評價系統(tǒng)的研發(fā)

孫凱a，施紅b

衛(wèi)生部北京醫(yī)院 a.老年醫(yī)學部設備管理室；b.老年醫(yī)學部辦公室，北京 100730

本文結(jié)合主觀與客觀評價方法，采納國際、國內(nèi)現(xiàn)行的醫(yī)用顯示器顯示標準，設計了一個基于醫(yī)學影像歸檔與通訊系統(tǒng)（PACS）定時液晶顯示器質(zhì)量評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)人機交互簡便，顯示清晰明了，使不同醫(yī)療機構的醫(yī)生可以獲得相同的視覺效果。

PACS系統(tǒng)；醫(yī)學數(shù)字成像與通信標準；標準灰度顯示函數(shù)；臨界可見偏差

0 前言

隨著醫(yī)學影像歸檔與通訊系統(tǒng)（PACS）在各級醫(yī)療機構的建立[1]，改變了放射科醫(yī)生原有的診斷流程，基于PACS系統(tǒng)做圖像診斷必須依賴專業(yè)的圖像診斷顯示器。醫(yī)用顯示器目前明確遵循的標準就是醫(yī)學數(shù)字成像與通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）標準，基于PACS系統(tǒng)發(fā)展起來的一體化醫(yī)療企業(yè)集成機構（Integration Healthcare Enterprise，IHE），推進了醫(yī)療信息系統(tǒng)的規(guī)范化、標準化[2]。目前醫(yī)用顯示器業(yè)內(nèi)主流廠家都在發(fā)展各自的產(chǎn)品線，主要針對醫(yī)用顯示器硬件方面，核心技術在于傳感器對于顯示器的調(diào)節(jié)功能。隨著軟硬件技術和產(chǎn)品、處理算法、組織方法等方面的快速發(fā)展，材料技術、電子元器件、處理芯片和顯示面板等方面技術水平都有所提高，醫(yī)療顯示系統(tǒng)的性能也得到了大幅提升[3]，而廠家的質(zhì)控評價方法各不相同，不具有統(tǒng)一評測的價值。由于醫(yī)療機構的設備需要定期檢測、評價，由國家相關管理部門出具權威認證。而對于具有PACS系統(tǒng)的醫(yī)療機構，對醫(yī)用膠片可以進行評價，方法包括由密度計測量膠片的密度值以及對打印膠片的激光相機的激光部分進行測量。隨著診斷流程的改變，如何有效地在PACS系統(tǒng)中對診斷顯示器進行評價質(zhì)控，從而確保醫(yī)生診斷的準確性，避免影像診斷誤診，對PACS系統(tǒng)顯示器的圖像質(zhì)量評價是十分必要的。

1 設計思路

醫(yī)療機構專業(yè)顯示器主要應用在PACS診斷工作站、影像設備操作臺、后處理工作站等，是圖像的主要顯示來源。這些專業(yè)顯示器來自不同影像設備廠家，建立統(tǒng)一的圖像評價系統(tǒng)是非常必要的。

1.1 評價標準

為確保研究設計的合理性、科學性，我們選用發(fā)放調(diào)查問卷的方法，此調(diào)查問卷26道題目全部針對影像診斷科醫(yī)生，希望以此形式掌握影像科室醫(yī)生在日常圖像瀏覽過程中，是否關注圖像顯示器的質(zhì)量及對顯示器質(zhì)量控制的參與程度。通過發(fā)放且全部收回的60份有效問卷，得出以下結(jié)論：① 超過半數(shù)調(diào)查對象對顯示器的質(zhì)量不關注；②全部調(diào)查對象從未調(diào)節(jié)過亮度；③ 超過半數(shù)調(diào)查對象認為質(zhì)控時間應在5 min以內(nèi)；④ 多數(shù)調(diào)查對象對于采用標準圖像作為評價工具不夠了解；⑤ 對于質(zhì)控周期，多數(shù)調(diào)查對象選擇半年。

針對調(diào)查問卷的結(jié)果，我們對主觀、客觀評價方法做了相應補充調(diào)整。多數(shù)影像診斷科醫(yī)生對顯示器質(zhì)量不關注，因此有必要從工程技術方面制定方案，定期定時提醒診斷醫(yī)生、工程師需要進行不同程度的顯示器檢測，分別對應主觀、客觀評價方法。亮度對灰階顯示器具有重要影響，因此客觀評價方法應首先選用亮度測量為評價標準。質(zhì)控不宜占用太多時間，設計評價軟件時應符合流程且簡便易用?？陀^評價采用DICOM標準中AAPM-TG18圖像標準?？陀^評價周期暫定為半年，主觀評價周期應設定的更短。

本文設計的評價流程遵循業(yè)內(nèi)公布的國內(nèi)外顯示技術標準，采用主觀、客觀評價方法相結(jié)合。當影像診斷科醫(yī)生主觀評價認為圖像清晰度不達標時，必須由工程技術人員使用標準檢測設備進行客觀評價。

1.2 主觀評價

主觀評價由影像科醫(yī)生執(zhí)行，簡便、高效，可以設置評價啟動時間，屬于常規(guī)評價。主觀評價人員應為一線影像科醫(yī)生，具體評價流程遵照醫(yī)生分組進行，根據(jù)影像科部位分為胸組、腹組以及頭神經(jīng)骨組3組，每組的主觀評價圖像為會診時選出的優(yōu)類圖像[4]，即在醫(yī)療機構讀片會上選出的最好等級圖像，以此作為評價醫(yī)用專業(yè)顯示器的標準圖像。主觀評價圖像可以更新，新設備、新技術產(chǎn)生的圖像均可以作為主觀評價標準圖像。

1.3 客觀評價

客觀評價由工程技術人員執(zhí)行，依據(jù)軟件設定時間，采用第三方標準檢測設備。首先選擇目前業(yè)內(nèi)主流廠家認可，國際標準采納的評價圖像，如TG18圖像（美國醫(yī)生物理師協(xié)會，第18工作組發(fā)布的圖像）作為客觀評價圖像源。具體流程是在PACS系統(tǒng)的醫(yī)用顯示器上，用亮度計測量18幅標準圖像的屏幕亮度，記錄亮度值填入設計軟件，換算為人眼可辨別的最小差值（Just Noticeable Difference，JND），并形成曲線，這條JND曲線與標準的JND曲線比較后可以看出是否偏離，依據(jù)偏離程度評價顯示器是否滿足診斷要求。依據(jù)DICOM 3.0標準中定義的灰度標準顯示函數(shù)（Grayscale Standard Display Functio，GSDF），由已知亮度通過GSDF可以得到j值[5]。

公式(1)中的Ln表示自然對數(shù)，j是JND亮度級Ln(j)的索引值（定義從1～1023），a＝-1.3011877，b＝-2.5840191E-2，c＝8.0242636E-2，d＝-1.03202292E-1，e＝1.3635334E-3，f＝2.8745620E-2，g＝-2.5468404E-2，h＝-3.1978977E-3，k＝1.2992634E-4，m＝1.3635334E-3。以10為底的對數(shù)L（j）通過該函數(shù)在整個亮度范圍內(nèi)進行差值運算。

2 實現(xiàn)過程

顯示器評價系統(tǒng)模塊包括主觀評價、客觀評價，主觀評價按照不同部位影像分組來實現(xiàn)[6]，也可以根據(jù)不同的設備類型分組?？陀^評價是這套軟件系統(tǒng)的核心，點擊客觀評價后會自動進入圖像界面，按圖片順序?qū)藴蕼y試圖中心區(qū)即亮度計測量區(qū)的亮度值錄入軟件相關空格中，順序不能顛倒，否則程序不予處理，最終通過算法程序生成JND曲線并標記對應亮度值的點，與標準曲線進行比較獲得客觀的評價結(jié)果。每組亮度值可以選擇保存，便于日后查詢。評價軟件流程如圖1所示。

圖1 評價軟件流程圖

2.1 服務器端、客戶端設計

要符合C/S架構，必須將服務器端、客戶端分開設計。設計上需要從服務器調(diào)閱主觀、客觀評價圖像，且相關信息等都應保存在服務器端，以便于在聯(lián)網(wǎng)的任何一臺工作站上均可以調(diào)閱標準圖像進行一致性評價，滿足遠程診斷的需要。各個客戶端的數(shù)據(jù)將統(tǒng)一保存在服務器上，便于客戶端使用，客戶端連接數(shù)據(jù)庫獲取信息，需要圖像時可從存儲上獲取，服務器端的設計包括數(shù)據(jù)庫和存儲，客戶端將測量的亮度值錄入軟件空格處。

2.2 登錄角色管理

需要設置管理員、醫(yī)生、工程師，醫(yī)生為主觀評價人員，工程師為客觀評價人員。

2.3 JND曲線算法、數(shù)字驅(qū)動電平算法設計

依據(jù)DICOM 3.0標準的GSDF公式，同公式(1)。

2.4 定時提醒

定時器設計是軟件的重要內(nèi)容之一，根據(jù)定時器設定的時間，系統(tǒng)將會自動提示相關人員進行顯示器評價，定時器的時間設定無角色限制。

2.5 硬件環(huán)境

選用的外置亮度計為柯尼卡美能達公司生產(chǎn)的CA100A型亮度計。亮度范圍：標識顯示系統(tǒng)從最小到最大亮度的數(shù)值范圍[7]；測試用專業(yè)醫(yī)用顯示器選用JUSHA-M21，BARCO Coronis 2MP（MDCG-2121），EIZO GX220，WIDE IF2002MP，所選設備同為2 M分辨率，四家廠商的產(chǎn)品具體參數(shù)均符合要求；所用測試軟件平臺PC硬件：一臺PC機，DELL780，4G內(nèi)存，四核CPU，1T硬盤，普通19寸顯示器。

3 測試結(jié)果及討論

研究所用軟件開發(fā)工具為DELPHI XE2，是能夠快捷、高效地實現(xiàn)顯示器一致性評價的軟件設計平臺，搭建FTP服務器，作為圖像下載工具，將主觀評價所用DICOM格式圖像存放于指定目錄下，并設置FTP指向。首先安裝軟件SQL SERVER(企業(yè)版)，配置數(shù)據(jù)庫，然后安裝DELPHI XE2編譯工具[8]，導入之前寫好的部分代碼。在架構搭建好，軟件代碼基本調(diào)試成功后，進行單機版測試，將亮度值錄入軟件的空格處，能夠生成JND曲線，單機版客觀評價方法測試完成后，也可以考慮進行遠程測試。通過顯示一致性評價軟件，先后測量4個品牌14臺PACS系統(tǒng)液晶顯示器，具體型號見表1，應用主觀與客觀評價結(jié)合的方法。

表1 基于PACS系統(tǒng)的液晶顯示器顯示評價結(jié)果

① 主觀評價：設置主觀評價周期為3天，獲得主觀評價結(jié)果。經(jīng)過3個月的主觀評價，只有1臺醫(yī)用顯示器被醫(yī)生提出重復評價要求，但未提請進行工程師客觀評價；②客觀評價：根據(jù)研究論文時限，我們將客觀評價周期縮短為7天，共評價14次獲得亮度記錄值。

測量實際亮度值后生成曲線，對比標準曲線后有9臺符合JND曲線，而數(shù)字激勵電平（Digital Driving Level，DDL）與亮度曲線全部共有3臺偏離值在10%以外，具體結(jié)果見表1。

對于主觀評價發(fā)現(xiàn)的一臺需要重復評價的顯示器，隨后工程技術人員在客觀評價后發(fā)現(xiàn)其DDL與亮度曲線偏離在10%以上，但是對于客觀評價2臺不符合JND標準曲線的顯示器，在主觀評價階段未能由醫(yī)生提出。

4 結(jié)論

本評價系統(tǒng)符合醫(yī)療機構工作流程，研究設計具有實際意義，但是評價軟件還具有很大的發(fā)展、升級空間。隨著國家醫(yī)療體制改革的不斷深入，在醫(yī)療機構監(jiān)管制度不斷完善的前提下，醫(yī)療機構相關管理部門能夠重視PACS系統(tǒng)顯示器圖像評價的重要性，減少影像誤診，避免醫(yī)患糾紛。

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R&D of a LED Quality Assessment System for PACS

SUN Kaia, SHI Hongb
a.Department of Equipment; b.Administration Office, Geriatric Medicine Section, Beijing Hospital of the Ministry of Health, Beijing 100730, China

In combination with subjective and objective assessment methods, this paper adopted the international and domestic display standards, and designed a timing LED (Liquid Crystal Display) quality assessment system based on the PACS (Picture Archiving and Communication Systems). The system showed convenient human-machine interface and intuitive display, which could provide the same visual impression for doctors in different medical organizations.

picture archiving and communication systems; digital imaging and communications in medicine; gray-scale standard display function; just noticeable difference

R445；TN911.73

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.036

1674-1633(2015)06-0127-03

2014-12-18

2015-03-03

孫凱，工程師。

通訊作者郵箱：bjpacs@sina．com