醫用顯示器質量控制及校準周期的研究

張海成

醫用顯示器是影像診斷系統中醫學影像的最終呈現設備，其亮度必須穩定地保持在影像診斷所要求的閱片亮度值之上，并且不同的醫用顯示器對同一影像圖片所顯示的效果必須一致[1-2]。醫用顯示器的顯示質量直接關系到臨床診斷的有效性和準確性，因此必須對醫用顯示器進行質量控制并制定合理有效的校準周期，從而為醫生提供穩定性和一致性的醫學影像[3]。

本研究對醫院9臺在用醫用顯示器進行季度性質量檢測工作，同時對其進行連續55周的亮度檢測，記錄其亮度變化率隨時間的變化數據。統計分析結果顯示，醫用顯示器各項性能參數均在AAPM-TG18規定的范圍之內，且醫用顯示器每季度的光強度變化為0～25 cd/m2，符合相應的函數范圍。因此，為確保影像診斷系統的圖像準確性，醫用顯示器的校準周期設為每季度一次為合理且有效[4-5]。

1 醫用顯示器質量控制標準

目前，對于醫用顯示器的質量控制有兩種國際標準：①由美國醫學物理學家協會第18工作組(AAPMTG18)提出的關于醫學圖像顯示質量評測的標準[6-7]；②由美國放射學會和美國電氣生產聯合會共同制定的醫學數字成像和通信(digital imaging and communication in medicine，DICOM)標準，用于規范系統之間和設備之間的醫學圖像通信[8-9]。

2 醫用顯示器性能評價指標

2.1 恰能分辨的亮度差

函數DICOM標準根據人類視覺系統的Barten模型，將光強度為0.05～4000 cd/m2的范圍劃分為1024個恰能分辨的亮度差(just noticeable different，JND)，即物體與背景的亮度差。每個亮度級別間的亮度差剛好對應人眼在改變亮度水平下能夠分辨的最小亮度變化[10-11]。

2.2 幾何失真

顯示器的幾何失真會引起原始圖像幾何部分的偏差，實際后果是使得圖像特征的相對尺寸和形狀受到一定的影像。顯示器的失真通常為線性改變、形成角度和不合適的屏幕寬高比及非線性。

2.3 亮度均勻性

顯示器的亮度均勻性是指顯示均勻圖像時在顯示區域內亮度的最大變化，可由顯示器表面不同位置的亮度決定。顯示器亮度的非均勻性以任意一對亮度值間相對最大偏差表示，而每個顯示圖像的最大亮度偏差用最大和最小亮度的差值與其平均值的百分比表示。

2.4 顯示分辨率

顯示器的空間分辨率是用來定量的衡量顯示系統能否以高保真度產生物體不同點獨立影像的能力，需要使用有足夠空間分辨率特征的系統以保證在顯示一幅醫學影像圖時能夠確保興趣區的空間細節。

3 醫用顯示器質量控制方法

使用光度計和顯示器校準軟件定期進行DICOM標準的灰度標準顯示函數(grayscale standard display function，DICOM GSDF)校正，并采用TG18推薦的各種測試圖和評估標準來檢測顯示器的亮度響應誤差和亮度均一性等項目。在醫院配置的9臺BARCO醫用顯示器中有BARCO MGD221型5臺，BARCO MGD2621L型2臺，BARCO521型2臺，校準軟件為MediaCal Pro軟件。

3.1 DICOM GSDF校正

將亮度計置于顯示屏的中心位置，運行MediaCal Pro軟件，選擇校準的標準函數為DICOM標準，根據臨床所需設定最高亮度值和最低亮度值，選擇“Calibration”菜單進行校準過程，校準結束后將亮度計取下，屏幕將顯示TG18-QC測試圖，觀察屏幕是否能清晰分辨出全黑與5%的灰、白與95%的灰。之后再次將亮度計置于中心位置，校準軟件將自動計算顯示器的亮度響應函數，得出亮度響應曲線，并與DICOM GSDF標準曲線相比較，計算出亮度響應誤差水平[12]。

3.2 幾何失真目測

全屏顯示TG18-QC測試圖，目測檢驗測試圖是否在顯示器中央，以及測試圖的邊界線是否是直線，測試圖中的方格是否規則等。

3.3 全屏亮度均一性

在校準軟件中選擇“全屏幕校準(Full screen calibration)”功能。參考AAPM TG18-UN80測試圖，在顯示屏中心和周圍四角選擇5個白色小色塊，將亮度計依次置于小方塊上并測得亮度值，計算出最大亮度差異值(公式1)：

3.4 顯示分辨率檢測

采用亮度差異法檢測顯示分辨率。全屏顯示G18-QC測試圖，在中心和四角可見5組水平和垂直線對區。用光度計分別測量每個線對區的亮度，并求出每組水平和垂直亮度差異百分比。

4 醫用顯示器質量控制結果

對9臺BARCO醫用顯示器(3種型號)的檢測固定項目如DICOM GSDF校正、幾何失真、全屏亮度均一性以及顯示分辨率等進行檢測及統計分析(見表1)。

對9臺3種不同型號醫用顯示器質量控制檢測結果顯示，顯示器經質量控制維護后的各項性能指標在AAPM-TG18標準規定的范圍之內，在幾何失真檢測中無明顯失真存在，符合醫學影像診斷的要求[13]。

利用MTALAB軟件對9臺BARCO醫用顯示器連續55周進行亮度檢測的數據進行統計分析，其中1臺MGD521醫用顯示器的亮度變化率dL/dt隨時間t變化的點分布趨勢如圖1所示。

表1 3種不同型號醫用顯示器質量控制檢測結果(%) (±s)

表1 3種不同型號醫用顯示器質量控制檢測結果(%) (±s)

檢測項目 MGD211 MGD2621L MGD521 AAPM TG18標準亮度響應誤差 4.75±0.75 6.08±1.58 5.41±0.87 Cont of GSDF≤10亮度均一性(Non-un if) 3.60±0.89 3.97±1.17 4.58±1.64 Non-un if≤30顯示分辨率 7.42±0.64 6.13±1.26 17.68±2.01 △L≤30

圖1 亮度變化率dL/dt與時間t的分布趨勢圖

對圖1中離散的點分布趨勢圖進行擬合分析，得到的亮度變化曲線如圖2所示。

圖2 醫用顯示器亮度變化率隨時間的擬合曲線圖

對圖2中數據擬合出的曲線圖分析得知，MGD521醫用顯示器的亮度變化率的曲線為公式2：

試中L為亮度，單位為cd/m2；t為時間，單位為周。

公式(2)計算結果表明，顯示器亮度變化約為每周0.7 cd/m2，每月3 cd/m2，顯示器使用1年后其亮度變化將達到每周0～2 cd/m2，每季度0～25 cd/m2。根據DICOM定義的標準灰度顯示函數GSDF，25 cd/m2的亮度改變符合1 K顯示器20 JND和2 K顯示器15 JND，即每季度0～25 cd/m2的變化量，符合醫用顯示器的亮度變化范圍，故亮度檢測可每季度進行一次。

5 結論

本研究依據DICOM和AAPM-TG18兩個標準，對9臺醫用顯示器實施了初步的質量控制工作，質量控制項目包括DICOM GSDF亮度響應曲線、幾何失真、屏幕亮度均一性以及屏幕顯示分辨率4個方面。統計數據表明，經質量控制檢測工作后，醫用顯示器的各項性能指標在AAPM-TG18規定的范圍之內，符合醫學影像診斷的要求，保證了臨床影像診斷的準確性[14]。

同時，研究數據分析表明，醫用顯示器的季度性檢測是合理且有效的，不但保證醫用顯示器的亮度變化符合臨床診斷規定的范圍，而且減少了因縮短檢測周期而加大的不必要的工作量[15]。本次研究工作尚未對醫用顯示器的其他檢測項目如色度、偽影及噪聲等進行檢測，相關的理論及檢測工作有待在今后研究中重點進行。

[1]王子真,胡剛,王偉.醫學影像診斷工作站顯示終端的配置與選擇[J].醫療衛生裝備,2010,31(4):310-311.

[2]崔現成,陳為軍,張林醫,等.探討數字化放射科醫用顯示器的選擇,使用和維護[J].醫療裝備,2006,19(8):43-44.

[3]傅強,丁月云,陳祥民.醫用顯示器的校正[J].醫學影像學雜志,2009,19(2):241-242.

[4]陳冠雄.醫用顯示器的工作原理、選擇及維護[J].中國醫療器械信息,2004,10(5):32-40.

[5]陳長忠,徐浩.醫用顯示器的選擇不容忽視[J].醫療設備信息,2006,21(8):42-45.

[6]唐峰,謝晉東.醫學成像系統顯示器性能的研究[J].中國醫學裝備,2006,3(1):27-30.

[7]王先運,孫勇,劉惠琴,等.顯示器亮度對診斷質量的影響[J].中華放射學雜志,2003,3(6):556-560.

[8]梁衛星,陳平平,張戈,等.DICOM文件剖析及讀取設計[J].現代計算機,2014,5(2):17-19.

[9]Copeland JF,Melhus CS,Horton R.et al.Practical quality control standards for digital display monitors[C].Proceedings of SPIE,2000,3976:315-322.

[10]呂曉輝,姚毅,楊建群,等.醫用顯示器校準方法在臨床應用的價值[J].中國醫療設備,2009,24(3):127-129.

[11]曹厚德.“軟閱讀”及專業顯示器[J].中國醫學計算機成像雜志,2006,12(5):359-363.

[12]朱彤.使用專業醫用顯示器進行“軟閱讀”[J].醫療裝備,2009,22(2):68.

[13]朱榮發,薛玉祥.監視器在QA、QC工作中的重要性[J].實用放射學雜志,1994,10(1):18-19.

[14]袁聿德,謝晉東,王昌元.加強對顯示器診斷影像評價的研究[J].中華放射學雜志,2004,38(4):343-344.

[15]陳衛彬,高磊,張劍,等.醫用顯示器亮度質量控制方法的研究[J].醫療衛生裝備,2010,31(4):51-53.