醫用顯示器的原理及其校正方法簡(jiǎn)介

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，醫學(xué)數字影像系統(PACS、DR、CR、CT、DSA和MRI等)日漸成熟，正迅速地取代傳統的膠片系統。醫學(xué)數字影像系統包含三個(gè)關(guān)鍵的內容：影像的獲取、影像的處理和影像的顯示。

通過(guò)影像系統得到的影像經(jīng)過(guò)處理，優(yōu)化到最佳狀態(tài)，最終通過(guò)顯示器由醫生來(lái)閱讀、解譯并診斷。因此，作為診斷醫生直接判讀影像的依據——顯示器，其顯示質(zhì)量對整個(gè)醫學(xué)數字影像系統的有效性和準確性有著(zhù)最直接和重要的影響。

但有些個(gè)別醫院出于成本的考慮使用普通顯示器進(jìn)行閱片和診斷，認為效果似乎還可以接受，其實(shí)，普通顯示器遠遠達不到閱片和診斷的要求。普通顯示器較低的對比度以及較低的分辨率為醫生的閱片帶來(lái)巨大的障礙。

而且，更重要的是，雖然普通顯示器似乎已達到了閱片要求的亮度，但是隨著(zhù)時(shí)間的推移，顯示器老化，亮度會(huì )迅速衰減，很快就低于閱片所需要的最低亮度，醫生也就很難或無(wú)法在普通顯示器上做出準確的診斷.

同時(shí)，不同普通顯示器對同一幅醫療影像圖片所顯示的效果可能相差很大，無(wú)法達到醫療診斷影像所要求的一致性要求。因此醫用顯示器越來(lái)越被醫院認可。

1 .醫用顯示器的概述

相對于普通顯示器，醫用顯示器具有更高的最大亮度，更高的對比度，更高的分辨率，支持更高比特(10比特至12比特)的灰階顯示。更重要的是醫用顯示器具有普通顯示器難以達到的穩定性和一致性。

穩定性主要是指醫用顯示器的亮度能夠穩定地保持在理想的閱片亮度值(一般在400-500 cd/m2之間)上。即使液晶面板會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移老化，亮度降低，醫用顯示器也能夠調整亮度到原來(lái)的理想值。

一致性是指在醫學(xué)數字影像系統中，無(wú)論是在影像獲取設備(CR機、DR機、CT機等)的顯示器上，還是在門(mén)診醫生所用的顯示器上，所有的醫療影像都要保持視覺(jué)的一致性，即各個(gè)顯示器的顯示效果是一致的。這對醫生的正確診斷非常重要。因為，不一致的醫療影像，會(huì )帶來(lái)不一致的、不可靠的或者是錯誤的診斷。

2 .醫用顯示器校正的原理

在使用過(guò)程中，主要有外在的和內在的兩個(gè)方面的因素會(huì )影響醫用顯示器的穩定性和一致性。外在的因素是主要指環(huán)境光線(xiàn)(照明、窗戶(hù)等)影響顯示器的顯示效果。內在的因素主要指液晶面板的物理特性。

液晶面板的背光燈管的效率很大程度上取決于溫度，啟動(dòng)時(shí)溫度變化，亮度可以在很短的時(shí)間內發(fā)生巨大的變化;在工作一段較長(cháng)的時(shí)間后,由于背光燈管的老化，顯示器亮度會(huì )逐漸變暗,所以,顯示器的亮度隨時(shí)間在變暗。

為了解決上述問(wèn)題，美國放射學(xué)會(huì )(American College of Radiology)和美國電氣生產(chǎn)聯(lián)合會(huì )( National Electrical Manufacturers Association)共同制定DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine，醫療數字影像及通訊)標準，用于規范系統間、設備間醫學(xué)圖像通信。

DICOM標準推出了關(guān)于灰度圖像顯示標準方面的內容(Part 14)：灰度標準顯示函數(GSDF, Grayscale Standard Display Function)，其目的是：醫學(xué)圖像傳輸到任意地點(diǎn)，在任何符合DICOM標準的顯示設備上，圖像能夠以一致的灰度表現得到表達。“一致的灰度表現”即相同的圖像灰度變化對應到相同的可感知的亮度級別變化?；叶葮藴曙@示函數定義的并不是灰度變化與亮度成線(xiàn)性關(guān)系，而是灰度變化與人眼視覺(jué)感知成線(xiàn)性關(guān)系。

DICOM標準根據Barten視覺(jué)模型，將亮度劃分為一定的亮度級別JND(Just Noticeable Difference，人眼恰好能分辨的亮度差)[6]。每個(gè)亮度級別間的亮度差剛好對應人眼在該亮度水平下能夠辨別的最小亮度變化。DICOM以表格的方式給出了每個(gè)JND級別對應的亮度值，這就是DIC0M定義的標準灰度顯示函數GSDF。

DICOM強調的是視覺(jué)感知的線(xiàn)性，其含義是，一幅醫學(xué)圖像，無(wú)論在何種顯示設備上，在何種顯示環(huán)境下，閱讀者應該獲得相同的視覺(jué)感知印象，這種感知印象不是一種定性的描述，而是以嚴格的物理光學(xué)特性定義來(lái)獲得的。在DICOM標準中已考慮到環(huán)境光對顯示系統的影響，并定義了糾正環(huán)境光影響的技術(shù)方法。DICOM還給出了顯示系統校正到GSDF的方法。

3. 醫用顯示器校正的方法

實(shí)際應用中，醫用顯示器需要使用亮度計和相應的程序來(lái)對亮度測量并進(jìn)行校正，以使其符合DICOM要求。常見(jiàn)的有外置亮度計手動(dòng)校正和內置亮度計自動(dòng)校正。

3.1外置亮度計手動(dòng)校正 在校正時(shí)，亮度計置于顯示器的前方。顯示器顯示各種不同的測試圖片，亮度計分別測量這些測試圖片中特定位置的亮度值，然后利用專(zhuān)門(mén)的亮度校正軟件，對顯示器的亮度進(jìn)行校正。

外置亮度計圖1：外置亮度計手動(dòng)校正外置亮度計手動(dòng)校正的一個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)，因為亮度計放置在顯示屏前，亮度計所測得的亮度就是人眼所看見(jiàn)的亮度，不需要其它的計算進(jìn)行轉換。

外置亮度計手動(dòng)校正的不足是它需要具有一定技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員手動(dòng)操作，對人員的要求比較高;顯示器的每隔一定時(shí)間(3至6個(gè)月)就要校正一次，工作量較大，而且很可能會(huì )錯過(guò)校正時(shí)間;亮度計測的是屏幕的某一非常小的區域的光線(xiàn)，采光區域小，由于屏幕的亮度不是完全的均勻，所以測得的亮度不能代表整個(gè)屏幕的亮度水平。

3.2 內置亮度計自動(dòng)校正 內置的亮度計裝在液晶面板后部，從透光孔中接收背光燈射出的背光，測量背光的亮度，并由校正器控制電路完成校正工作。內置的亮度計校正器控制電路液晶面板后部透光孔圖2：內置亮度計自動(dòng)校正 內置亮度計自動(dòng)校正主要采用Intelli-GuardTM光學(xué)傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現醫用顯示器的校正。

Intelli-GuardTM系統是一套自動(dòng)檢測亮度和溫度的精密控制系統，有效解決了傳統的醫用顯示器需要定期檢測和重新校準的問(wèn)題。顯示器內置的處理器SmartController能存儲Dicom校正結果，根據校正結果智能地修正和補償顯示器的亮度輸出。

Intelli-GuardTM通過(guò)自動(dòng)調整背光源驅動(dòng)來(lái)控制液晶面板亮度輸出的穩定性，使每天的工作亮度恒定在校準的標準亮度。Intelli-GuardTM的穩定控制功能，彌補了液晶面板因溫度升降帶來(lái)的透光率降低問(wèn)題，確保各種環(huán)境溫度波動(dòng)時(shí)，顯示亮度恒定保持在校準的亮度范圍內。Intelli-GuardTM自動(dòng)控制背光驅動(dòng)電路，大大縮短了專(zhuān)業(yè)高分辨率顯示器的達到亮度穩定狀態(tài)的時(shí)間，從過(guò)去的幾分鐘縮短為現在的十幾秒以?xún)取?/span>