醫用顯示器的原理及其校正方法簡介

隨著計算機技術的發展，醫學數字影像系統(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。醫學數字影像系統包含三個關鍵的內容：影像的獲取、影像的處理和影像的顯示。

通過影像系統得到的影像經過處理，優化到最佳狀態，最終通過顯示器由醫生來閱讀、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，其顯示質量對整個醫學數字影像系統的有效性和準確性有著最直接和重要的影響。

但有些個別醫院出于成本的考慮使用普通顯示器進行閱片和診斷，認為效果似乎還可以接受，其實，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，但是隨著時間的推移，顯示器老化，亮度會迅速衰減，很快就低于閱片所需要的最低亮度，醫生也就很難或無法在普通顯示器上做出準確的診斷.

同時，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。即使液晶面板會隨著時間的推移老化，亮度降低，醫用顯示器也能夠調整亮度到原來的理想值。

一致性是指在醫學數字影像系統中，無論是在影像獲取設備(CR機、DR機、CT機等)的顯示器上，還是在門診醫生所用的顯示器上，所有的醫療影像都要保持視覺的一致性，即各個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，會帶來不一致的、不可靠的或者是錯誤的診斷。

2 .醫用顯示器校正的原理

在使用過程中，主要有外在的和內在的兩個方面的因素會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境光線(照明、窗戶等)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，啟動時溫度變化，亮度可以在很短的時間內發生巨大的變化;在工作一段較長的時間后,由于背光燈管的老化，顯示器亮度會逐漸變暗,所以,顯示器的亮度隨時間在變暗。

為了解決上述問題，美國放射學會(American College of Radiology)和美國電氣生產聯合會( 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、設備間醫學圖像通信。

DICOM標準推出了關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：醫學圖像傳輸到任意地點，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。灰度標準顯示函數定義的并不是灰度變化與亮度成線性關系，而是灰度變化與人眼視覺感知成線性關系。

DICOM標準根據Barten視覺模型，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強調的是視覺感知的線性，其含義是，一幅醫學圖像，無論在何種顯示設備上，在何種顯示環境下，閱讀者應該獲得相同的視覺感知印象，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特性定義來獲得的。在DICOM標準中已考慮到環境光對顯示系統的影響，并定義了糾正環境光影響的技術方法。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

實際應用中，醫用顯示器需要使用亮度計和相應的程序來對亮度測量并進行校正，以使其符合DICOM要求。常見的有外置亮度計手動校正和內置亮度計自動校正。

3.1外置亮度計手動校正 在校正時，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，然后利用專門的亮度校正軟件，對顯示器的亮度進行校正。

外置亮度計圖1：外置亮度計手動校正外置亮度計手動校正的一個非常大的優點是直觀，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的亮度，不需要其它的計算進行轉換。

外置亮度計手動校正的不足是它需要具有一定技術的專業人員手動操作，對人員的要求比較高;顯示器的每隔一定時間(3至6個月)就要校正一次，工作量較大，而且很可能會錯過校正時間;亮度計測的是屏幕的某一非常小的區域的光線，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屏幕的亮度水平。

3.2 內置亮度計自動校正 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：內置亮度計自動校正 內置亮度計自動校正主要采用Intelli-GuardTM光學傳感技術來實現醫用顯示器的校正。

Intelli-GuardTM系統是一套自動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通過自動調整背光源驅動來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的透光率降低問題，確保各種環境溫度波動時，顯示亮度恒定保持在校準的亮度范圍內。Intelli-GuardTM自動控制背光驅動電路，大大縮短了專業高分辨率顯示器的達到亮度穩定狀態的時間，從過去的幾分鐘縮短為現在的十幾秒以內。