医用显示器在数字影像系统中的作用和选配

   数字影像系统（PACS、DR、CR、DSA等）随着IT业的发展，日渐成熟，很快进入了医疗放射领域。由于其“软读片的功能”和前瞻性，越来越受到国内医院的青睐，各种医学数字影像系统被列为医院的购置计划之中。但是，由于对成本的考虑，数字影像系统的配置在显示器方面，常常忽略或舍弃医用显示器的配置，以普通的PC显示器或黑白显示器代用，使数字影像系统的影像显示效果大打折扣，成为我国目前数字影像发展的一个“瓶颈”。

    目前,国内众多的厂家、集成商在数字化X机，CR、DR系统和PACS系统的投资配置比例上，显示器的选配参数和投资比例较低，显示功能自然相对较低，导致我国目前数字影像系统整体功能出现“木桶效应”,即整体系统功能 = 部件最低功能，这种现象的产生是由于国内业界对医用显示器的认识不足所造成的。为了使放射学界对数字影像系统的诊断准确性问题有充分的认识，了解医用显示器在数字影像中的作用，我们从医用显示器几个方面进行讨论。

    医用显示器的参数选择：

    1、 亮度人眼对灰阶的分辨能力使随着亮度的不同，有着一个非线性关系。如图，亮度（Luminance）越高，人眼能辨的灰阶（JND-Just Noticeable Difference）就越多。反之，低亮度时，人眼对灰阶分辨力较差。亮度愈高，人眼能分辨的灰阶就愈多。为了提高灰阶的分辨力，显示器的亮度必需要高。亮度 (Luminance) 越高，人眼能分辩的灰阶 (JND – Just Noticeable Difference) 也越多。医生阅片室的环境光对显示器的亮度是有影响的，显示器图像亮的部分取决于显示器的亮度，但暗的部分除了显示器亮度，还与环境亮度与显示屏的折射率有关。

    假如室内照度为100lux，显示屏折射为2%，则亮度为2 cd/M2。当要求对比度为1：100时，显示器亮度至少应为200 cd/M2（一般办公室的照度经常可以达到500lux，显示器的亮度就要求能达到1000 cd/M2）这样，由于人眼的非线性灰阶辨别能力和环境照度的因素。

    医用显示器设计制造的最大亮度为800-600 cd/M2。普通显示器亮度为200-350 cd/M2。美国放射学会（ACR）规定了数字化X线图像的最大亮度至少应该为170 cd/M2。2001年3月在德国的X线影像讨论会上，业内意见是凡用数字化图象的显示器要求亮度至少为200 cd/M2。一般透视或CT图象至少为100 cd/M2。那么由此看来，普通显示器的亮度似乎已达到了阅片要求的亮度（许多医院对刚安装时的显示器影像也颇为满意）。考虑到CRT 或 LCD显示器，亮度都会随着时间而衰减。

    我们希望至少在三年时间内，显示器的亮度都能维持在最低要求的亮度以上，所以建议新显示器的亮度至少应在500 cd/M2 以上。但是由于普通显示器没有亮度稳定和校正功能，亮度随时间的衰减和环境光的折射，显示亮度大大折扣，不能真正达到阅片的要求（关于亮度问题，在后面的稳定性内还要详述）而医用显示器的最高亮度在安装就位后，利用光学校正手段按照DICOM标准进行校正，使亮度保持在一个阅片要求的亮度值。（一般在400-500 cd/M2之间），并保证在3-5万小时恒定不变。这样就保证了亮度的稳定性和影像的一致性。由此看来，普通显示器和医用显示器在医疗放射科阅片室工作环境下的实际功能是差别很大的。

    2、灰阶人眼对灰阶的反应并不是线性的关系。我们眼睛对黑暗部分的反应不如明亮部分灵敏。 DICOM 3.0 第十四章为显示灰阶图像提供了一个标准显示函数 (如图五)。使用这个标准显示函数在不同亮度的显示系统上显示图像，能提供某种程度的相似性。经过此函数转化的灰阶，人眼的反应近似呈线性关系。因此一个好的医用显示器，必需具备有调整灰阶显示曲线以符合DICOM3.14中规定的灰阶显示函数的功能。而有较高亮度的显示系统则能显示更多可分辨的灰阶数 (JND)。

    在放射学的诊断中，这种灰度差异（组织密度小差异性），有可能对早期病灶的诊断有很大的帮助。显示器在显示黑白影像的灰阶数是和显卡相关的,普通显卡更多的关心彩色显示参数,如:显存,速度,彩色位数等.但是, windows系统是8bit输出显示,反映黑白影像时的灰阶,还是256个灰阶.由于windows在调色盘上要独占20个颜色,影像实际只有236个灰阶,这就是普通显卡常常遇到的灰阶不连续的问题。要达到完美地再现灰阶连续的黑白影像,就应选配专业的输出灰阶在10bit以上显卡.

    3．分辨率分辨率是指单位面积显示像素的数量，同时显示器的成本与分辨率也成成正比。选择普通显示器分辨率为1024×768，用于办公文字是可以满足的。但是在低分辨下通过对软件处理来显示高分辨率影像时，需要对显示画面的内容做出改动，比如改变部分医学像素的内容，再通过对该像素周围的像素进行对比后，“生成”新的像素，插入到显示画面中。

    显然，这种改变显示内容的方式必然导致画面的“失真”。这样，也改变了医学影像显示的基本要求，所以，单从分辨率上来讲，不仅要选择医用显示器，还要根据不同的系统要选择不同的分辨率。显示器的分辨率与图像本身的分辨率有很密切的关系. 适当的选择显示器的分辨率能有效的减低显示器的购置成本. 一般图像的分辨率如下; 心血管造影, 数字胃肠机: 1024X1024 (单幅图像), 加上菜单为1280X1024 MRI: 256X256 或 512X512 (单幅图像) CT: 512X512 或 1024X1024 (单幅图像) DR/CR: 5百万以上 (单幅图像) 以DSA, CT,MRI而言, 显示单幅图像只需要1280X1024分辨率的显示器即可满足需要. 但若要观看多幅图像, 如CT 3X4 或 4X5 的多幅图像, 分辨率达1536X2048 及 2048X2560. 此时就需要较高分辨率的显示器, 如三百万或五百万像素的显示器。

    DR及CR 图像的分辨率通常都超过五百万像素, 最好使用如三百万或五百万像素的显示器. 以上配置选择是针对放射科医生做图像诊断使用的，而一般临床观察可适当的减低分辨率如一百万像素或二百万像素以节省成本。

    4．响应时间响应时间指的是液晶显示器对输入信号的反应速度，也就是液晶由转亮或由亮转暗的反应时间。通常都是以毫秒（ms）来计算。响应时一般说来分为两个部分—Rising（上升时间）和Falling （下降时间），而我们所说的响应时间指的就是两者之和。人眼存在“视觉残留”的现象，也就是运动画面在人脑中会形成短暂的印象，人能够接受的画面显示速度一般为24张/秒，这也是电影每秒24格的播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一标准计算，每张画面显示的时间需要小于40ms，根据液晶的实际使用情况，响应时间：30ms（1/0.03=33.3 祯 /秒），还是会出现拖尾现象，不适合动态医疗影像的实时播放。响应时间在25ms以下（1/0.025=40祯/秒）可以满足临床心血管DSA的实时播放。

    在医用显示器的选配上，CR、DR静态影像对响应时间无过高要求。但是在播放动态影像的系统配置时，如心血管机和数字胃肠机，就要首选响应时间在25ms以下的医用显示器。 5、显示器的尺寸 医用显示器的尺寸与分辨率有连带关系。分辨率愈高, 尺寸愈大, 但并不成正比关系.生产厂在制造时已考虑到和胶片接近一致性的尺寸了。普通显示器则没有这方面的考虑。 CRT显示器尺寸分布在17英寸到21英寸. 液晶(LCD)显示器尺寸在18英寸到22英寸之间.

    6、横屏及竖屏关于显示器是选择横屏或竖屏的问题, 并无一定的标准或规定. 放射图像有横有竖, 须视图像而定. 最好选择横, 竖可调整的液晶显示器. 现在的医用液晶显示器厂家已考虑到医生阅片的习惯和要求，设计了横竖可以转换的功能，大大方便了临床的使用。

    医用显示器的稳定性、整体性和一致性：

    1. 稳定性相对于普通显示器, 医用灰阶显示器的价格较为昂贵. 我们希望使用寿命能在5年以上. 不论是CRT显示器或LCD显示器, 亮度都会随着时间而衰减. 一般显示器寿命的定义是当亮度衰减到最大亮度的50%的时间. 以液晶显示器而言, 此时间大约是30,000小时到50,000小时 即使在使用寿命时间内, 亮度并不是每天都相同的. 所以隔一段时间 (大约三个月到六个月), 显示器必须要做亮度及灰阶的校正, 以保证显示器的一致性. 如果显示器数量很多, 工作量也是相当大的. 较先进的显示器内部有传感器(Sensor), 能侦测显示器的亮度变化而自动调整.使显示器在使用寿命内能随时保持亮度稳定。液晶显示器的亮度并不是很稳定. 它的亮度会随温度不同而改变.现在有些显示器内部有传感器(Sensor), 能侦测显示器的亮度变化而自动调整. 这样就可以节省很多的人力。

    另外液晶显示器在刚开机时, 亮度不会立刻达到设定的亮度. 大约经过20 – 30 分钟后才会达到设定的亮度. 在此亮度未达设定标致的时间内, 显示器是不适合作诊断用。使用者常常因其他事务而停止使用显示器, 一段时间后, 屏幕保护就开始启动. 显示器电源关闭. 这对延长显示器受命是有好处的. 但当使用者再度开始使用显示器时, 显示器又处于刚开机状态, 又须等待20 –30 分钟温机时机. 如此一来, 使用上相当不方便. 若关闭屏幕保护, 又降低使用寿命. 因此, 鱼与熊掌, 不可蒹得. 设计良好的显示器, 利用内置传感器, 侦测开机时的亮度. 若亮度未达标准, 则提高电源电压, 使显示器在30秒内达到预设亮度. 如此一来, 既不等待温机时间, 又可在怠机时启动屏幕保护, 延长显示器寿命。

     2. 一致性和整体性一致性是指：如果隔了一段时间，同一图像其显示质量还是一样，犹如看同一张胶片一样。整体性是指在医院内不同地点的工作站上显示的同一图像其亮度、灰度、对比度等是完全一样的，这样不同地点医生看到的是同样的图像；当打印出来的图像与显示在监视器上的图像也是一样的。这样不管何种媒质上的图像也均是一样的。原来医院在使用胶片诊断时, QA(Quality Assurance 质量保证) 是放在洗片机上. 放射科每天都要检查洗片机的洗片速度, 药水浓度及温度. 确保每张胶片洗出来的质量是一样的. 医院全院实施PACS系统后, QA(Quality Assurance 质量保证) 则是放在显示器上. 显示器的数量将不在少数. 如何在不同厂牌, 不同使用率, 不同时间购买的显示器，要保证影像的整体性，维持在同一亮度, 同一显示函数则成为一重要课题. 所以在选择显示器时, 除了以上所述的几点外, 显示器厂家能否提供显示器QA(Quality Assurance 质量保证)和PM（preventive maintenance & planned maintenance预防性的维护）的工具及显示器是否有QA的功能, 也是需要考虑的重要因素.