數字影像設備顯示器的選擇與作用

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

目前,國內眾多的廠(chǎng)家、集成商在數字化X機，CR、DR系統和PACS系統的投資配置比例上，顯示器的選配參數和投資比例較低，顯示功能自然相對較低，導致我國目前數字影像系統整體功能出現“木桶效應”,即整體系統功能 = 部件最低功能，這種現象的產(chǎn)生是由于國內業(yè)界對醫用顯示器的認識不足所造成的。為了使放射學(xué)界對數字影像系統的診斷準確性問(wèn)題有充分的認識，了解醫用顯示器在數字影像中的作用，我們從醫用顯示器幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

醫用顯示器的參數選擇：

1、亮度人眼對灰階的分辨能力使隨著(zhù)亮度的不同，有著(zhù)一個(gè)非線(xiàn)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。醫生閱片室的環(huán)境光對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)。

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

醫用顯示器設計制造的最大亮度為800-600 cd/M2。普通顯示器亮度為200-350 cd/M2。美國放射學(xué)會(huì )（ACR）規定了數字化X線(xiàn)圖像的最大亮度至少應該為170 cd/M2。2001年3月在德國的X線(xiàn)影像討論會(huì )上，業(yè)內意見(jiàn)是凡用數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到了閱片要求的亮度（許多醫院對剛安裝時(shí)的顯示器影像也頗為滿(mǎn)意）?？紤]到CRT 或 LCD顯示器，亮度都會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而衰減。

我們希望至少在三年時(shí)間內，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在500 cd/M2 以上。但是由于普通顯示器沒(méi)有亮度穩定和校正功能，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，不能真正達到閱片的要求（關(guān)于亮度問(wèn)題，在后面的穩定性?xún)冗€要詳述）而醫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標準進(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定性和影像的一致性。由此看來(lái)，普通顯示器和醫用顯示器在醫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、灰階人眼對灰階的反應并不是線(xiàn)性的關(guān)系。我們眼睛對黑暗部分的反應不如明亮部分靈敏。 DICOM 3.0 第十四章為顯示灰階圖像提供了一個(gè)標準顯示函數。使用這個(gè)標準顯示函數在不同亮度的顯示系統上顯示圖像，能提供某種程度的相似性。經(jīng)過(guò)此函數轉化的灰階，人眼的反應近似呈線(xiàn)性關(guān)系。因此一個(gè)好的醫用顯示器，必需具備有調整灰階顯示曲線(xiàn)以符合DICOM3.14中規定的灰階顯示函數的功能。而有較高亮度的顯示系統則能顯示更多可分辨的灰階數 (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是和顯卡相關(guān)的,普通顯卡更多的關(guān)心彩色顯示參數,如:顯存,速度,彩色位數等.但是, windows系統是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在調色盤(pán)上要獨占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的問(wèn)題。要達到完美地再現灰階連續的黑白影像,就應選配專(zhuān)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(mǎn)足的。但是在低分辨下通過(guò)對軟件處理來(lái)顯示高分辨率影像時(shí)，需要對顯示畫(huà)面的內容做出改動(dòng)，比如改變部分醫學(xué)像素的內容，再通過(guò)對該像素周?chē)南袼剡M(jìn)行對比后，“生成”新的像素，插入到顯示畫(huà)面中。

顯然，這種改變顯示內容的方式必然導致畫(huà)面的“失真”。這樣，也改變了醫學(xué)影像顯示的基本要求，所以，單從分辨率上來(lái)講，不僅要選擇醫用顯示器，還要根據不同的系統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. 適當的選擇顯示器的分辨率能有效的減低顯示器的購置成本. 一般圖像的分辨率如下; 心血管造影, 數字胃腸機: 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(mǎn)足需要. 但若要觀(guān)看多幅圖像, 如CT 3X4 或 4X5 的多幅圖像, 分辨率達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放射科醫生做圖像診斷使用的，而一般臨床觀(guān)察可適當的減低分辨率如一百萬(wàn)像素或二百萬(wàn)像素以節省成本。

4．響應時(shí)間響應時(shí)間指的是液晶顯示器對輸入信號的反應速度，也就是液晶由轉亮或由亮轉暗的反應時(shí)間。通常都是以毫秒（ms）來(lái)計算。響應時(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)的響應時(shí)間指的就是兩者之和。人眼存在“視覺(jué)殘留”的現象，也就是運動(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準，人就會(huì )明顯感到畫(huà)面的停頓和不適。按照這一標準計算，每張畫(huà)面顯示的時(shí)間需要小于40ms，根據液晶的實(shí)際使用情況，響應時(shí)間：30ms（1/0.03=33.3 禎 /秒），還是會(huì )出現拖尾現象，不適合動(dòng)態(tài)醫療影像的實(shí)時(shí)播放。響應時(shí)間在25ms以下（1/0.025=40禎/秒）可以滿(mǎn)足臨床心血管DSA的實(shí)時(shí)播放。

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

5、顯示器的尺寸 醫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(chǎng)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)一定的標準或規定. 放射圖像有橫有豎, 須視圖像而定. 最好選擇橫, 豎可調整的液晶顯示器. 現在的醫用液晶顯示器廠(chǎng)家已考慮到醫生閱片的習慣和要求，設計了橫豎可以轉換的功能，大大方便了臨床的使用。

醫用顯示器的穩定性、整體性和一致性：

1. 穩定性相對于普通顯示器, 醫用灰階顯示器的價(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(zhù)時(shí)間而衰減. 一般顯示器壽命的定義是當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, 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. 如果顯示器數量很多, 工作量也是相當大的. 較先進(jìn)的顯示器內部有傳感器(Sensor), 能偵測顯示器的亮度變化而自動(dòng)調整.使顯示器在使用壽命內能隨時(shí)保持亮度穩定。液晶顯示器的亮度并不是很穩定. 它的亮度會(huì )隨溫度不同而改變.現在有些顯示器內部有傳感器(Sensor), 能偵測顯示器的亮度變化而自動(dòng)調整. 這樣就可以節省很多的人力。

另外液晶顯示器在剛開(kāi)機時(shí), 亮度不會(huì )立刻達到設定的亮度. 大約經(jīng)過(guò)20 – 30 分鐘后才會(huì )達到設定的亮度. 在此亮度未達設定標致的時(shí)間內, 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, 屏幕保護就開(kāi)始啟動(dòng). 顯示器電源關(guān)閉. 這對延長(cháng)顯示器受命是有好處的. 但當使用者再度開(kāi)始使用顯示器時(shí), 顯示器又處于剛開(kāi)機狀態(tài), 又須等待20 –30 分鐘溫機時(shí)機. 如此一來(lái), 使用上相當不方便. 若關(guān)閉屏幕保護, 又降低使用壽命. 因此, 魚(yú)與熊掌, 不可蒹得. 設計良好的顯示器, 利用內置傳感器, 偵測開(kāi)機時(shí)的亮度. 若亮度未達標準, 則提高電源電壓, 使顯示器在30秒內達到預設亮度. 如此一來(lái), 既不等待溫機時(shí)間, 又可在怠機時(shí)啟動(dòng)屏幕保護, 延長(cháng)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。整體性是指在醫院內不同地點(diǎn)的工作站上顯示的同一圖像其亮度、灰度、對比度等是完全一樣的，這樣不同地點(diǎn)醫生看到的是同樣的圖像；當打印出來(lái)的圖像與顯示在監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)醫院在使用膠片診斷時(shí), QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證) 是放在洗片機上. 放射科每天都要檢查洗片機的洗片速度, 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. 醫院全院實(shí)施PACS系統后, QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證) 則是放在顯示器上. 顯示器的數量將不在少數. 如何在不同廠(chǎng)牌, 不同使用率, 不同時(shí)間購買(mǎi)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(chǎng)家能否提供顯示器QA(Quality Assurance 質(zhì)量保證)和PM（preventive maintenance planned maintenance預防性的維護）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。

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