醫(yī)用顯示器在數字影像系統(tǒng)的作用和選配

數字影像系統(tǒng)（PACS、DR、CR、DSA等）隨著IT業(yè)的發(fā)展，日漸成熟，很快進入了醫(yī)療放射領域。由于其“軟讀片的功能”和前瞻性，越來越受到國內醫(yī)院的青睞，各種醫(yī)學數字影像系統(tǒng)被列為醫(yī)院的購置計劃之中。但是，由于對成本的考慮，數字影像系統(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，使數字影像系統(tǒng)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“瓶頸”。

目前,國內眾多的廠家、集成商在數字化X機，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(tǒng)整體功能出現“木桶效應”,即整體系統(tǒng)功能 = 部件最低功能，這種現象的產生是由于國內業(yè)界對醫(yī)用顯示器的認識不足所造成的。為了使放射學界對數字影像系統(tǒng)的診斷準確性問題有充分的認識，了解醫(yī)用顯示器在數字影像中的作用，我們從醫(yī)用顯示器幾個方面進行討論。

醫(yī)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亮度的不同，有著一個非線性關系。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，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(yī)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。

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，顯示器亮度至少應為200 cd/M2（一般辦公室的照度經常可以達到500lux，顯示器的亮度就要求能達到1000 cd/M2）這樣，由于人眼的非線性灰階辨別能力和環(huán)境照度的因素。

醫(yī)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。美國放射學會（ACR）規(guī)定了數字化X線圖像的最大亮度至少應該為170 cd/M2。2001年3月在德國的X線影像討論會上，業(yè)內意見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，普通顯示器的亮度似乎已達到了閱片要求的亮度（許多醫(yī)院對剛安裝時的顯示器影像也頗為滿意）。考慮到CRT 或 LCD顯示器，亮度都會隨著時間而衰減。

我們希望至少在三年時間內，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有亮度穩(wěn)定和校正功能，亮度隨時間的衰減和環(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（關于亮度問題，在后面的穩(wěn)定性內還要詳述）而醫(yī)用顯示器的最高亮度在安裝就位后，利用光學校正手段按照DICOM標準進行校正，使亮度保持在一個閱片要求的亮度值。（一般在400-500 cd/M2之間），并保證在3-5萬小時恒定不變。這樣就保證了亮度的穩(wěn)定性和影像的一致性。由此看來，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)境下的實際功能是差別很大的。

2、灰階人眼對灰階的反應并不是線性的關系。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標準顯示函數。使用這個標準顯示函數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。經過此函數轉化的灰階，人眼的反應近似呈線性關系。因此一個好的醫(yī)用顯示器，必需具備有調整灰階顯示曲線以符合DICOM3.14中規(guī)定的灰階顯示函數的功能。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 (JND)。

在放射學的診斷中，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的,普通顯卡更多的關心彩色顯示參數,如:顯存,速度,彩色位數等.但是, windows系統(tǒng)是8bit輸出顯示,反映黑白影像時的灰階,還是256個灰階.由于windows在調色盤上要獨占20個顏色,影像實際只有236個灰階,這就是普通顯卡常常遇到的灰階不連續(xù)的問題。要達到完美地再現灰階連續(xù)的黑白影像,就應選配專業(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量，同時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對軟件處理來顯示高分辨率影像時，需要對顯示畫面的內容做出改動，比如改變部分醫(yī)學像素的內容，再通過對該像素周圍的像素進行對比后，“生成”新的像素，插入到顯示畫面中。

顯然，這種改變顯示內容的方式必然導致畫面的“失真”。這樣，也改變了醫(yī)學影像顯示的基本要求，所以，單從分辨率上來講，不僅要選擇醫(yī)用顯示器，還要根據不同的系統(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1536X2048 及 2048X2560. 此時就需要較高分辨率的顯示器, 如三百萬或五百萬像素的顯示器。

DR及CR 圖像的分辨率通常都超過五百萬像素, 最好使用如三百萬或五百萬像素的顯示器. 以上配置選擇是針對放射科醫(yī)生做圖像診斷使用的，而一般臨床觀察可適當的減低分辨率如一百萬像素或二百萬像素以節(jié)省成本。

4．響應時間響應時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間。通常都是以毫秒（ms）來計算。響應時一般說來分為兩個部分—Rising（上升時間）和Falling （下降時間），而我們所說的響應時間指的就是兩者之和。人眼存在“視覺殘留”的現象，也就是運動畫面在人腦中會形成短暫的印象，人能夠接受的畫面顯示速度一般為24張/秒，這也是電影每秒24格的播放速度的由來，如果顯示速度低于這一標準，人就會明顯感到畫面的停頓和不適。按照這一標準計算，每張畫面顯示的時間需要小于40ms，根據液晶的實際使用情況，響應時間：30ms（1/0.03=33.3 禎 /秒），還是會出現拖尾現象，不適合動態(tài)醫(yī)療影像的實時播放。響應時間在25ms以下（1/0.025=40禎/秒）可以滿足臨床心血管DSA的實時播放。

在醫(yī)用顯示器的選配上，CR、DR靜態(tài)影像對響應時間無過高要求。但是在播放動態(tài)影像的系統(tǒng)配置時，如心血管機和數字胃腸機，就要首選響應時間在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系。分辨率愈高, 尺寸愈大, 但并不成正比關系.生產廠在制造時已考慮到和膠片接近一致性的尺寸了。普通顯示器則沒有這方面的考慮。 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、橫屏及豎屏關于顯示器是選擇橫屏或豎屏的問題, 并無一定的標準或規(guī)定. 放射圖像有橫有豎, 須視圖像而定. 最好選擇橫, 豎可調整的液晶顯示器. 現在的醫(yī)用液晶顯示器廠家已考慮到醫(yī)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(yī)用顯示器的穩(wěn)定性、整體性和一致性：

1. 穩(wěn)定性相對于普通顯示器, 醫(yī)用灰階顯示器的價格較為昂貴. 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, 亮度都會隨著時間而衰減. 一般顯示器壽命的定義是當亮度衰減到最大亮度的50%的時間. 以液晶顯示器而言, 此時間大約是30,000小時到50,000小時 即使在使用壽命時間內, 亮度并不是每天都相同的. 所以隔一段時間 (大約三個月到六個月), 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調整.使顯示器在使用壽命內能隨時保持亮度穩(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調整. 這樣就可以節(jié)省很多的人力。

另外液晶顯示器在剛開機時, 亮度不會立刻達到設定的亮度. 大約經過20 – 30 分鐘后才會達到設定的亮度. 在此亮度未達設定標致的時間內, 顯示器是不適合作診斷用。使用者常常因其他事務而停止使用顯示器, 一段時間后, 屏幕保護就開始啟動. 顯示器電源關閉. 這對延長顯示器受命是有好處的. 但當使用者再度開始使用顯示器時, 顯示器又處于剛開機狀態(tài), 又須等待20 –30 分鐘溫機時機. 如此一來, 使用上相當不方便. 若關閉屏幕保護, 又降低使用壽命. 因此, 魚與熊掌, 不可蒹得. 設計良好的顯示器, 利用內置傳感器, 偵測開機時的亮度. 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, 既不等待溫機時間, 又可在怠機時啟動屏幕保護, 延長顯示器壽命。

2. 一致性和整體性一致性是指：如果隔了一段時間，同一圖像其顯示質量還是一樣，猶如看同一張膠片一樣。整體性是指在醫(yī)院內不同地點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，這樣不同地點醫(yī)生看到的是同樣的圖像；當打印出來的圖像與顯示在監(jiān)視器上的圖像也是一樣的。這樣不管何種媒質上的圖像也均是一樣的。原來醫(yī)院在使用膠片診斷時, QA(Quality Assurance 質量保證) 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的質量是一樣的. 醫(yī)院全院實施PACS系統(tǒng)后, QA(Quality Assurance 質量保證) 則是放在顯示器上. 顯示器的數量將不在少數. 如何在不同廠牌, 不同使用率, 不同時間購買的顯示器，要保證影像的整體性，維持在同一亮度, 同一顯示函數則成為一重要課題. 所以在選擇顯示器時, 除了以上所述的幾點外, 顯示器廠家能否提供顯示器QA(Quality Assurance 質量保證)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。