醫(yī)用顯示器影像品質(zhì)性能研究進(jìn)展

劉宇靜，李珺，鄭嘉羽

1.北京軍區(qū)總醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100700；2.總后勤部藥品器材供應(yīng)站，北京 100071

醫(yī)用顯示器影像品質(zhì)性能研究進(jìn)展

劉宇靜1，李珺2，鄭嘉羽1

1.北京軍區(qū)總醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100700；2.總后勤部藥品器材供應(yīng)站，北京 100071

本文闡述了醫(yī)用顯示器的發(fā)展情況，并對(duì)醫(yī)用顯示器圖像質(zhì)量、性能及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)了行分析，旨在提高醫(yī)用顯示器的影像質(zhì)量，防止誤診和漏診的發(fā)生，提高醫(yī)生的診斷質(zhì)量，提高醫(yī)院管理水平。

伽馬曲線；穩(wěn)定控制技術(shù)；色調(diào)；灰階標(biāo)準(zhǔn)化顯示函數(shù)；網(wǎng)絡(luò)化傳輸

0 前言

隨著醫(yī)學(xué)影像信息化技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像醫(yī)療機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)傳輸已成為現(xiàn)實(shí)，因此無(wú)膠片時(shí)代的到來(lái)對(duì)醫(yī)用顯示器的品質(zhì)有更高的要求。而X線、CR、DR、CT、MRI、DSA等設(shè)備輸出影像的分辨率，將影響這些影像的診斷結(jié)果，因此應(yīng)為閱片工作提供高性價(jià)比的顯示器。加強(qiáng)對(duì)醫(yī)用顯示器品質(zhì)的管理和控制，能夠更真實(shí)的還原醫(yī)學(xué)影像的病灶細(xì)節(jié)，當(dāng)采用一屏雙顯或多顯的醫(yī)用顯示器時(shí)，可以更精準(zhǔn)地對(duì)比兩張或多張醫(yī)學(xué)影像，實(shí)現(xiàn)高分辨率下的無(wú)縫一屏雙顯，其應(yīng)用于集體會(huì)診。

1 顯示器圖像性能特點(diǎn)

1.1 符合醫(yī)學(xué)的DICOM Part14標(biāo)準(zhǔn)

DICOM GSDF是專門用于數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像的標(biāo)準(zhǔn)灰階曲線。該曲線在業(yè)界被稱為“DICOM Part14”或“the Barten curve”。對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像來(lái)說(shuō)，使用γ=2.2顯示出的圖像偏白，而使用DICOM顯示出的圖像則呈現(xiàn)出較高的黑白對(duì)比度。因此，在醫(yī)學(xué)界采用了DICOM標(biāo)準(zhǔn)來(lái)顯示圖像。并能在多臺(tái)顯示器之間保持統(tǒng)一的顯示效果，且隨使用時(shí)間增加保持質(zhì)量的一致性。DICOM Part14標(biāo)準(zhǔn)示意圖，見(jiàn)圖1。

圖1 DICOM Part14標(biāo)準(zhǔn)示意圖

1.2 伽馬曲線

伽馬值表示的是輸入的亮度信號(hào)與顯示器輸出的亮度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。伽馬值的改變會(huì)影響顯示器的灰階度，影響顯示影像過(guò)渡的平滑性，可減少斷層、丟灰階等情況的發(fā)生，即便是更細(xì)小的病理變化也會(huì)準(zhǔn)確診斷。伽馬曲線示意圖，見(jiàn)圖2。

圖2 伽馬曲線示意圖

1.3 Disp lay Port接口

Display Port接口能夠支持更高的分辨率和展現(xiàn)更精細(xì)的灰階顯示效果，是匹配高清顯示設(shè)備的超快速數(shù)字視頻接口標(biāo)準(zhǔn)，并且支持大帶寬，能夠保證顯示接口卡與醫(yī)用顯示器之間實(shí)現(xiàn)超快速數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 影像及背光校正

醫(yī)用顯示器為確保醫(yī)學(xué)影像的質(zhì)量，通常采用影像及亮度校正系統(tǒng)確保最佳的醫(yī)學(xué)影像。為確保醫(yī)學(xué)影像在醫(yī)用顯示器的診斷結(jié)果，采用了符合DICOM Part14規(guī)范的灰階及亮度校正管理系統(tǒng)，對(duì)顯示器亮度進(jìn)行反饋并校正，確保醫(yī)學(xué)影像質(zhì)量。

1.5 亮度穩(wěn)定控制技術(shù)

普通顯示器的亮度隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)漸漸衰減，可能就會(huì)直接影響醫(yī)生的診斷。但內(nèi)置傳感器后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)屏幕光亮度變化，并會(huì)自動(dòng)調(diào)整，而當(dāng)不滿足亮度要求時(shí)，顯示器還會(huì)自動(dòng)提醒。亮度穩(wěn)定控制曲線圖，見(jiàn)圖3。

圖3 亮度穩(wěn)定控制曲線圖

1.6 亮度均勻技術(shù)

采用亮度均勻技術(shù)開機(jī)后背光亮度短時(shí)間內(nèi)會(huì)快速提升至標(biāo)準(zhǔn)亮度，并恒定此亮度，從而不會(huì)影響醫(yī)生診斷，同時(shí)亮度均勻技術(shù)能夠降低顯示器中心和角落之間的亮度與色彩的不均勻性。通過(guò)減小這些差異，ULT可確保顯示器的整個(gè)顯示區(qū)都能符合DICOM GSDF標(biāo)準(zhǔn)。亮度均勻技術(shù)曲線圖，見(jiàn)圖4。

圖4 亮度均勻技術(shù)曲線圖

1.7 QC自動(dòng)校正系統(tǒng)

醫(yī)用顯示器可提供全自動(dòng)的DICOM測(cè)試及校正方案，讓顯示器始終處于完美狀態(tài)，其QC自動(dòng)校正測(cè)試示意圖，見(jiàn)圖5。

圖5 QC自動(dòng)校正測(cè)試示意圖

1.8 環(huán)境光補(bǔ)償（ALC）

醫(yī)生所處室內(nèi)的環(huán)境光線會(huì)影響閱片效果，環(huán)境光補(bǔ)償（ALC）能夠依據(jù)室內(nèi)環(huán)境亮度調(diào)節(jié)顯示器亮度，保護(hù)醫(yī)師的視力。

1.9 網(wǎng)絡(luò)管理及校正技術(shù)

醫(yī)學(xué)影像顯示終端具備網(wǎng)絡(luò)管理與校正功能，完全實(shí)現(xiàn)所有顯示系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化和自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，保證所有醫(yī)學(xué)影像顯示終端滿足嚴(yán)格的診斷要求。

2 顯示器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

2.1 SMPTE RP 133-1991標(biāo)準(zhǔn)

SMPTE RP 133-1991標(biāo)準(zhǔn)，即用于醫(yī)學(xué)影像診斷的監(jiān)視器和相機(jī)硬拷貝測(cè)試圖規(guī)范（SMPTE 1991），用于顯示亮度、空間分辨力測(cè)試，該標(biāo)準(zhǔn)是一種定性的測(cè)試方法，沒(méi)有明確的定義定量顯示效果標(biāo)準(zhǔn)。

SMPTE RP 133-1991詳細(xì)描述了用于評(píng)測(cè)模擬和數(shù)字顯示系統(tǒng)分辨率的測(cè)試圖和各項(xiàng)要求，包括所需的格式、尺寸和對(duì)比度等。該標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供了對(duì)軟拷貝和膠片硬拷貝顯示系統(tǒng)的質(zhì)量檢測(cè)方法，該方法適用于顯示系統(tǒng)初始安裝階段及日常維護(hù)階段。

2.2 AAPM-TG18標(biāo)準(zhǔn)

TG18針對(duì)顯示器的反射、幾何失真、亮度、分辨力、噪聲、閃爍等特性為測(cè)試提供了標(biāo)準(zhǔn)，以及定量測(cè)試與定性測(cè)試兩種方法。TGl8提供了DIC0M16Bits TIFF和8Bits TIFF格式的測(cè)試圖，測(cè)試圖分為1024×l024（1K）和2048×2048（2K）兩種規(guī)格，用戶可直接在TGl8網(wǎng)站上下載使用，同時(shí)TG18還提供了通過(guò)測(cè)試軟件自行生成測(cè)試圖的方法。

TG18詳細(xì)定義了如何使用測(cè)試圖來(lái)評(píng)價(jià)顯示質(zhì)量的方法、所需測(cè)試工具以及不同級(jí)別醫(yī)用顯示器的最低指標(biāo)。TG18強(qiáng)調(diào)醫(yī)學(xué)圖像顯示質(zhì)量控制應(yīng)該成為醫(yī)療影像技術(shù)業(yè)務(wù)的日常工作之一，并詳細(xì)定義了醫(yī)用顯示器初始安裝、每天、每月、每年醫(yī)學(xué)圖像顯示質(zhì)量控制所必須完成的評(píng)測(cè)內(nèi)容、方法和必須達(dá)到的指標(biāo)以及針對(duì)評(píng)測(cè)結(jié)果建議的操作。

2.3 DICOM GSDF

該標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了對(duì)灰度的線性視覺(jué)感知和視覺(jué)互換性。即對(duì)同一幅圖像，在不同的顯示系統(tǒng)上，DICOM GSDF還定量地給出了對(duì)顯示系統(tǒng)評(píng)測(cè)的方法，通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)能定量地針對(duì)不同的顯示器給出評(píng)價(jià)方法，但該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有涉及除灰度表現(xiàn)以外的指標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)用顯示器在數(shù)字系統(tǒng)中是醫(yī)學(xué)影像的最終呈現(xiàn)者，它承載著替代膠片，保證影像質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)醫(yī)生“軟讀片”對(duì)患者的觀察與診斷。

醫(yī)用顯示器圖像質(zhì)量應(yīng)具有一致性和整體性。一致性是醫(yī)用顯示器在使用了不同的時(shí)間后，同一圖像其顯示質(zhì)量如亮度、灰度、對(duì)比度等不改變；整體性是在醫(yī)院內(nèi)不同地點(diǎn)的工作站上顯示的同一圖像其亮度、灰度、對(duì)比度等是完全一樣的，這樣不同地點(diǎn)醫(yī)生看到的是同樣的圖像，不管何種媒質(zhì)上的圖像也是一樣。因此醫(yī)用顯示品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義，對(duì)于顯示品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，實(shí)際上應(yīng)視為軟閱讀質(zhì)量控制工作的重要組成部分之一。

[1]傅強(qiáng),丁月云,陳祥民.醫(yī)用顯示器的校正[J].醫(yī)學(xué)影像雜志,2009, 19(2）：241-243.

[2]楊海波,張瑋,劉曉靜.一種基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的多功能電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2013, 30(1）：3890-3893.

[3]尹建東,劉艷,郭啟勇.醫(yī)用單色顯示器性能參數(shù)及放射診斷質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2008,29(4）：103-105.

[4]胡曉欣,顧雅佳,吳斌,等.3M和5M液晶顯示器對(duì)不同分辨率乳腺體模圖影像顯示質(zhì)量的研究[J].腫瘤影像學(xué),2013,22(2）：166-169.

[5]黃鋒,劉建濱,熊建國(guó),等.數(shù)字影像在非專業(yè)與醫(yī)用專業(yè)顯示器中顯示效果的比較[J].放射學(xué)實(shí)踐,2007,22(12）：1338-1339.

[6]唐鋒,謝晉東,趙雷.醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)顯示器性能評(píng)價(jià)方法[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2006,3(1）：27-30.

[7]孫朋,王洋.醫(yī)療系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)時(shí)間穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2014,29(4）：21-23,50.

[8]繆竟陶,陶勇浩,周翔平.放射科DICOM標(biāo)準(zhǔn)PACS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中華放射學(xué)雜志,1998,32(8）：564-566.

[9]李軍,陳金根,胡春洪.醫(yī)用專業(yè)顯示器在PACS系統(tǒng)的作用和選配[J].中國(guó)血液流變學(xué)雜志,2009,19(3）：492-493.

[10]張國(guó)鳴.網(wǎng)絡(luò)管理員教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

[11]王汝涌.管理信息系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)財(cái)政經(jīng)濟(jì)出版社,2001.

Advances in Research on the Quality Performance of Medical Display Images

LIU Yu-jing1, LI Jun2, ZHENG Jia-yu1
1.Department of Medical Engineering, General Hospital of Beijing M ilitary Area Command of Chinese PLA, Beijing 100700, China；2.Drug and Equipment Supp ly Station, General Logistics Department of the P.L.A, Beijing 100071, China

This paper expounded the development of the medical display, and analyzed the quality performance and testing standards of medical display images, which was intended to improve the image quality, diagnosis quality and hospital management and to prevent the occurrence of m isdiagnosis and m issed diagnosis.

Gamma curve；stability control technology；tone；gray-scale standard display function；networking transm ission

R812

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.023

1674-1633(2015）09-0079-03

2015-08-07

鄭嘉羽，工程師。

通訊作者郵箱：ZJY66663030@sina.com