醫(yī)用顯示器在數(shù)字影像系統(tǒng)的作用和選配

數(shù)字影像系統(tǒng)（PACS、DR、CR、DSA等）隨著IT業(yè)的發(fā)展，日漸成熟，很快進(jìn)入了醫(yī)療放射領(lǐng)域。由于其“軟讀片的功能”和前瞻性，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)醫(yī)院的青睞，各種醫(yī)學(xué)數(shù)字影像系統(tǒng)被列為醫(yī)院的購(gòu)置計(jì)劃之中。但是，由于對(duì)成本的考慮，數(shù)字影像系統(tǒng)的配置在顯示器方面，常常忽略或舍棄醫(yī)用顯示器的配置，以普通的PC顯示器或黑白顯示器代用，使數(shù)字影像系統(tǒng)的影像顯示效果大打折扣，成為我國(guó)目前數(shù)字影像發(fā)展的一個(gè)“瓶頸”。

目前,國(guó)內(nèi)眾多的廠家、集成商在數(shù)字化X機(jī)，CR、DR系統(tǒng)和PACS系統(tǒng)的投資配置比例上，顯示器的選配參數(shù)和投資比例較低，顯示功能自然相對(duì)較低，導(dǎo)致我國(guó)目前數(shù)字影像系統(tǒng)整體功能出現(xiàn)“木桶效應(yīng)”,即整體系統(tǒng)功能 = 部件最低功能，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)醫(yī)用顯示器的認(rèn)識(shí)不足所造成的。為了使放射學(xué)界對(duì)數(shù)字影像系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確性問(wèn)題有充分的認(rèn)識(shí)，了解醫(yī)用顯示器在數(shù)字影像中的作用，我們從醫(yī)用顯示器幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

醫(yī)用顯示器的參數(shù)選擇：

1、 亮度人眼對(duì)灰階的分辨能力使隨著亮度的不同，有著一個(gè)非線性關(guān)系。如圖，亮度（Luminance）越高，人眼能辨的灰階（JND-Just Noticeable Difference）就越多。反之，低亮度時(shí)，人眼對(duì)灰階分辨力較差。亮度愈高，人眼能分辨的灰階就愈多。為了提高灰階的分辨力，顯示器的亮度必需要高。亮度 (Luminance) 越高，人眼能分辯的灰階 (JND – Just Noticeable Difference) 也越多。醫(yī)生閱片室的環(huán)境光對(duì)顯示器的亮度是有影響的，顯示器圖像亮的部分取決于顯示器的亮度，但暗的部分除了顯示器亮度，還與環(huán)境亮度與顯示屏的折射率有關(guān)。

假如室內(nèi)照度為100lux，顯示屏折射為2%，則亮度為2 cd/M2。當(dāng)要求對(duì)比度為1：100時(shí)，顯示器亮度至少應(yīng)為200 cd/M2（一般辦公室的照度經(jīng)?？梢赃_(dá)到500lux，顯示器的亮度就要求能達(dá)到1000 cd/M2）這樣，由于人眼的非線性灰階辨別能力和環(huán)境照度的因素。

醫(yī)用顯示器設(shè)計(jì)制造的最大亮度為800-600 cd/M2。普通顯示器亮度為200-350 cd/M2。美國(guó)放射學(xué)會(huì)（ACR）規(guī)定了數(shù)字化X線圖像的最大亮度至少應(yīng)該為170 cd/M2。2001年3月在德國(guó)的X線影像討論會(huì)上，業(yè)內(nèi)意見(jiàn)是凡用數(shù)字化圖象的顯示器要求亮度至少為200 cd/M2。一般透視或CT圖象至少為100 cd/M2。那么由此看來(lái)，普通顯示器的亮度似乎已達(dá)到了閱片要求的亮度（許多醫(yī)院對(duì)剛安裝時(shí)的顯示器影像也頗為滿意）?？紤]到CRT 或 LCD顯示器，亮度都會(huì)隨著時(shí)間而衰減。

我們希望至少在三年時(shí)間內(nèi)，顯示器的亮度都能維持在最低要求的亮度以上，所以建議新顯示器的亮度至少應(yīng)在500 cd/M2 以上。但是由于普通顯示器沒(méi)有亮度穩(wěn)定和校正功能，亮度隨時(shí)間的衰減和環(huán)境光的折射，顯示亮度大大折扣，不能真正達(dá)到閱片的要求（關(guān)于亮度問(wèn)題，在后面的穩(wěn)定性內(nèi)還要詳述）而醫(yī)用顯示器的最高亮度在安裝就位后，利用光學(xué)校正手段按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正，使亮度保持在一個(gè)閱片要求的亮度值。（一般在400-500 cd/M2之間），并保證在3-5萬(wàn)小時(shí)恒定不變。這樣就保證了亮度的穩(wěn)定性和影像的一致性。由此看來(lái)，普通顯示器和醫(yī)用顯示器在醫(yī)療放射科閱片室工作環(huán)境下的實(shí)際功能是差別很大的。

2、灰階人眼對(duì)灰階的反應(yīng)并不是線性的關(guān)系。我們眼睛對(duì)黑暗部分的反應(yīng)不如明亮部分靈敏。 DICOM 3.0 第十四章為顯示灰階圖像提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)。使用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)在不同亮度的顯示系統(tǒng)上顯示圖像，能提供某種程度的相似性。經(jīng)過(guò)此函數(shù)轉(zhuǎn)化的灰階，人眼的反應(yīng)近似呈線性關(guān)系。因此一個(gè)好的醫(yī)用顯示器，必需具備有調(diào)整灰階顯示曲線以符合DICOM3.14中規(guī)定的灰階顯示函數(shù)的功能。而有較高亮度的顯示系統(tǒng)則能顯示更多可分辨的灰階數(shù) (JND)。

在放射學(xué)的診斷中，這種灰度差異（組織密度小差異性），有可能對(duì)早期病灶的診斷有很大的幫助。顯示器在顯示黑白影像的灰階數(shù)是和顯卡相關(guān)的,普通顯卡更多的關(guān)心彩色顯示參數(shù),如:顯存,速度,彩色位數(shù)等.但是, windows系統(tǒng)是8bit輸出顯示,反映黑白影像時(shí)的灰階,還是256個(gè)灰階.由于windows在調(diào)色盤上要獨(dú)占20個(gè)顏色,影像實(shí)際只有236個(gè)灰階,這就是普通顯卡常常遇到的灰階不連續(xù)的問(wèn)題。要達(dá)到完美地再現(xiàn)灰階連續(xù)的黑白影像,就應(yīng)選配專業(yè)的輸出灰階在10bit以上顯卡.

3．分辨率分辨率是指單位面積顯示像素的數(shù)量，同時(shí)顯示器的成本與分辨率也成成正比。選擇普通顯示器分辨率為1024×768，用于辦公文字是可以滿足的。但是在低分辨下通過(guò)對(duì)軟件處理來(lái)顯示高分辨率影像時(shí)，需要對(duì)顯示畫(huà)面的內(nèi)容做出改動(dòng)，比如改變部分醫(yī)學(xué)像素的內(nèi)容，再通過(guò)對(duì)該像素周圍的像素進(jìn)行對(duì)比后，“生成”新的像素，插入到顯示畫(huà)面中。

顯然，這種改變顯示內(nèi)容的方式必然導(dǎo)致畫(huà)面的“失真”。這樣，也改變了醫(yī)學(xué)影像顯示的基本要求，所以，單從分辨率上來(lái)講，不僅要選擇醫(yī)用顯示器，還要根據(jù)不同的系統(tǒng)要選擇不同的分辨率。顯示器的分辨率與圖像本身的分辨率有很密切的關(guān)系. 適當(dāng)?shù)倪x擇顯示器的分辨率能有效的減低顯示器的購(gòu)置成本. 一般圖像的分辨率如下; 心血管造影, 數(shù)字胃腸機(jī): 1024X1024 (單幅圖像), 加上菜單為1280X1024 MRI: 256X256 或 512X512 (單幅圖像) CT: 512X512 或 1024X1024 (單幅圖像) DR/CR: 5百萬(wàn)以上 (單幅圖像) 以DSA, CT,MRI而言, 顯示單幅圖像只需要1280X1024分辨率的顯示器即可滿足需要. 但若要觀看多幅圖像, 如CT 3X4 或 4X5 的多幅圖像, 分辨率達(dá)1536X2048 及 2048X2560. 此時(shí)就需要較高分辨率的顯示器, 如三百萬(wàn)或五百萬(wàn)像素的顯示器。

DR及CR 圖像的分辨率通常都超過(guò)五百萬(wàn)像素, 最好使用如三百萬(wàn)或五百萬(wàn)像素的顯示器. 以上配置選擇是針對(duì)放射科醫(yī)生做圖像診斷使用的，而一般臨床觀察可適當(dāng)?shù)臏p低分辨率如一百萬(wàn)像素或二百萬(wàn)像素以節(jié)省成本。

4．響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間指的是液晶顯示器對(duì)輸入信號(hào)的反應(yīng)速度，也就是液晶由轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時(shí)間。通常都是以毫秒（ms）來(lái)計(jì)算。響應(yīng)時(shí)一般說(shuō)來(lái)分為兩個(gè)部分—Rising（上升時(shí)間）和Falling （下降時(shí)間），而我們所說(shuō)的響應(yīng)時(shí)間指的就是兩者之和。人眼存在“視覺(jué)殘留”的現(xiàn)象，也就是運(yùn)動(dòng)畫(huà)面在人腦中會(huì)形成短暫的印象，人能夠接受的畫(huà)面顯示速度一般為24張/秒，這也是電影每秒24格的播放速度的由來(lái)，如果顯示速度低于這一標(biāo)準(zhǔn)，人就會(huì)明顯感到畫(huà)面的停頓和不適。按照這一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，每張畫(huà)面顯示的時(shí)間需要小于40ms，根據(jù)液晶的實(shí)際使用情況，響應(yīng)時(shí)間：30ms（1/0.03=33.3 禎 /秒），還是會(huì)出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，不適合動(dòng)態(tài)醫(yī)療影像的實(shí)時(shí)播放。響應(yīng)時(shí)間在25ms以下（1/0.025=40禎/秒）可以滿足臨床心血管DSA的實(shí)時(shí)播放。

在醫(yī)用顯示器的選配上，CR、DR靜態(tài)影像對(duì)響應(yīng)時(shí)間無(wú)過(guò)高要求。但是在播放動(dòng)態(tài)影像的系統(tǒng)配置時(shí)，如心血管機(jī)和數(shù)字胃腸機(jī)，就要首選響應(yīng)時(shí)間在25ms以下的醫(yī)用顯示器。

5、顯示器的尺寸 醫(yī)用顯示器的尺寸與分辨率有連帶關(guān)系。分辨率愈高, 尺寸愈大, 但并不成正比關(guān)系.生產(chǎn)廠在制造時(shí)已考慮到和膠片接近一致性的尺寸了。普通顯示器則沒(méi)有這方面的考慮。 CRT顯示器尺寸分布在17英寸到21英寸. 液晶(LCD)顯示器尺寸在18英寸到22英寸之間.

6、橫屏及豎屏關(guān)于顯示器是選擇橫屏或豎屏的問(wèn)題, 并無(wú)一定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定. 放射圖像有橫有豎, 須視圖像而定. 最好選擇橫, 豎可調(diào)整的液晶顯示器. 現(xiàn)在的醫(yī)用液晶顯示器廠家已考慮到醫(yī)生閱片的習(xí)慣和要求，設(shè)計(jì)了橫豎可以轉(zhuǎn)換的功能，大大方便了臨床的使用。

醫(yī)用顯示器的穩(wěn)定性、整體性和一致性：

1. 穩(wěn)定性相對(duì)于普通顯示器, 醫(yī)用灰階顯示器的價(jià)格較為昂貴. 我們希望使用壽命能在5年以上. 不論是CRT顯示器或LCD顯示器, 亮度都會(huì)隨著時(shí)間而衰減. 一般顯示器壽命的定義是當(dāng)亮度衰減到最大亮度的50%的時(shí)間. 以液晶顯示器而言, 此時(shí)間大約是30,000小時(shí)到50,000小時(shí) 即使在使用壽命時(shí)間內(nèi), 亮度并不是每天都相同的. 所以隔一段時(shí)間 (大約三個(gè)月到六個(gè)月), 顯示器必須要做亮度及灰階的校正, 以保證顯示器的一致性. 如果顯示器數(shù)量很多, 工作量也是相當(dāng)大的. 較先進(jìn)的顯示器內(nèi)部有傳感器(Sensor), 能偵測(cè)顯示器的亮度變化而自動(dòng)調(diào)整.使顯示器在使用壽命內(nèi)能隨時(shí)保持亮度穩(wěn)定。液晶顯示器的亮度并不是很穩(wěn)定. 它的亮度會(huì)隨溫度不同而改變.現(xiàn)在有些顯示器內(nèi)部有傳感器(Sensor), 能偵測(cè)顯示器的亮度變化而自動(dòng)調(diào)整. 這樣就可以節(jié)省很多的人力。

另外液晶顯示器在剛開(kāi)機(jī)時(shí), 亮度不會(huì)立刻達(dá)到設(shè)定的亮度. 大約經(jīng)過(guò)20 – 30 分鐘后才會(huì)達(dá)到設(shè)定的亮度. 在此亮度未達(dá)設(shè)定標(biāo)致的時(shí)間內(nèi), 顯示器是不適合作診斷用。使用者常常因其他事務(wù)而停止使用顯示器, 一段時(shí)間后, 屏幕保護(hù)就開(kāi)始啟動(dòng). 顯示器電源關(guān)閉. 這對(duì)延長(zhǎng)顯示器受命是有好處的. 但當(dāng)使用者再度開(kāi)始使用顯示器時(shí), 顯示器又處于剛開(kāi)機(jī)狀態(tài), 又須等待20 –30 分鐘溫機(jī)時(shí)機(jī). 如此一來(lái), 使用上相當(dāng)不方便. 若關(guān)閉屏幕保護(hù), 又降低使用壽命. 因此, 魚(yú)與熊掌, 不可蒹得. 設(shè)計(jì)良好的顯示器, 利用內(nèi)置傳感器, 偵測(cè)開(kāi)機(jī)時(shí)的亮度. 若亮度未達(dá)標(biāo)準(zhǔn), 則提高電源電壓, 使顯示器在30秒內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)亮度. 如此一來(lái), 既不等待溫機(jī)時(shí)間, 又可在怠機(jī)時(shí)啟動(dòng)屏幕保護(hù), 延長(zhǎng)顯示器壽命。

2. 一致性和整體性一致性是指：如果隔了一段時(shí)間，同一圖像其顯示質(zhì)量還是一樣，猶如看同一張膠片一樣。整體性是指在醫(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；當(dāng)打印出來(lái)的圖像與顯示在監(jiān)視器上的圖像也是一樣的。這樣不管何種媒質(zhì)上的圖像也均是一樣的。原來(lái)醫(yī)院在使用膠片診斷時(shí), QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證) 是放在洗片機(jī)上. 放射科每天都要檢查洗片機(jī)的洗片速度, 藥水濃度及溫度. 確保每張膠片洗出來(lái)的質(zhì)量是一樣的. 醫(yī)院全院實(shí)施PACS系統(tǒng)后, QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證) 則是放在顯示器上. 顯示器的數(shù)量將不在少數(shù). 如何在不同廠牌, 不同使用率, 不同時(shí)間購(gòu)買的顯示器，要保證影像的整體性，維持在同一亮度, 同一顯示函數(shù)則成為一重要課題. 所以在選擇顯示器時(shí), 除了以上所述的幾點(diǎn)外, 顯示器廠家能否提供顯示器QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證)和PM（preventive maintenance planned maintenance預(yù)防性的維護(hù)）的工具及顯示器是否有QA的功能, 也是需要考慮的重要因素。