3M和5M液晶显示器对不同分辨率乳腺体模图影像显示质量的研究

胡晓欣 顾雅佳 吴斌 李瑞敏 张云燕 刘芮 汤洁 彭卫军

复旦大学附属肿瘤医院放射诊断科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海 200032

长期以来，胶片影像一直是乳腺X线影像诊断的首选方式。但是，随着图像存储与传输系统（picture archiving and communication system，PACS）的快速发展，以计算机和显示器为主的软拷贝阅读模式开始逐渐取代传统的以胶片和灯箱为主的硬拷贝阅读模式[1]。医用专业显示器作为PACS的影像显示终端，其分辨率的大小直接对乳腺疾病的检出及诊断产生影响。但由于5M医用专业显示器价格十分昂贵，医院选购显示器时往往用3M取代5M医用专业显示器用于乳腺影像的诊断。因此，3M显示器能否用于乳腺影像的诊断成为目前的研究热点。

本研究主要针对在使用不同分辨率影像数据的情况下，3M与5M显示器显示模体内部微小结构的能力，按照美国放射学会(American College of Radiology，ACR)推荐的评分方法进行评价。对比度细节乳腺摄影（contrast-detail mammography，CDMAM）模型主要用于对乳腺影像的空间分辨率及密度分辨率进行评估，被广泛用来测试乳腺影像对比度细节，具有较好的客观性[2-3]，可评价3M与5M显示器在显示模型细节方面有无差异。

1 资料和方法

1.1 乳腺X线摄影机的选择

本研究选择两种探测器：100μm探测器（GE Senographe 2000D数字化乳腺机）的图像矩阵尺寸为1920×2300，X线球管阳极靶面材质为钼，0.3 mm焦点，焦点至探测器(碘化铯平板)的距离是64 cm。70μm探测器（Hologic LORAD M-IV Selenia数字化乳腺机）的图像矩阵尺寸3328×4096，X线球管阳极靶面材质为钼，0.3 mm焦点，焦点至探测器（非晶硒TFT 探测器）的距离是64 cm。

1.2 模型的选择

CDMAM模型用来进行对比度细节分析。以铝为底盘，底盘上镶嵌各种厚度及直径的金圆盘(99.9%纯金)，排列成16×16矩阵，在每一排，圆盘厚度从0.03～2.00μm呈对数级增加，而圆盘直径不变；在每一列，圆盘直径从0.06～2.00 mm呈对数级增加，而圆盘厚度不变。上述矩阵分成205个小方格，每格包含2个一样的圆盘，一个位于方格中央，另一个位于四个角(随机选择)，目的是避免放置的模式较易识别而引起评判的不可靠。铝制底盘被3 mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯板盖住。CDMAM通常用40 mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃来模仿标准乳腺的吸收。大小约18 cm×24 cm，模仿标准乳腺X线摄影照射野。CDMAM模型内部结构图见图1。

1.3 乳腺体模图的获取

将CDMAM模型分别置于100μm和70μm探测器的乳腺摄影机拍摄，将模型放置在托架表面，调整射野，保证射野与模型大小相仿。采用固定曝光条件，30 kVp，55 mAs，Mo/Mo靶面滤线栅组合。

1.4 图像显示

从本院PACS上将这2幅未经压缩的乳腺体模影像数据以DICOM格式同时传入一台配置5M医用专业显示器的工作站和另一台配置3M 医用专业显示器的工作站。5M 医用专业显示器为BARCO MDNG-5121 CB（2560×2048，21.3英寸）竖屏单色医用液晶显示器（liquid crystal display，LCD)，3M医用专业显示器为BARCO E-3620（2048×1536，20.8英寸）竖屏单色医用LCD，最大亮度均调整为500 cd/m2，3M医用专业显示器与5M医用专业显示器的性能参数与价格比较见表1。工作站均使用HP Compaq dc7900，显示软件均为GE Centricity Radiology RA 1000。PACS采用GE Centricity RIS/PACS CE 2.0。

1.5 乳腺体模测试评价

由4名从事乳腺影像诊断的放射科医师及2名从事乳腺影像摄片和质量控制管理的放射科技师分别在专用读片室就2种显示器在2种分辨率机器上获得的共2幅乳腺体模测试图各读片1次。为尽量减少记忆效应，每次在一种显示器上只能判读一种测试图，2次读片间隔为2周，每幅乳腺体模图的读片时间不限，所以每名判读者需判读4次。读片模式分为标准与放大2种模式，标准模式下可使用窗宽、窗位调节及黑白反转等后处理功能，但不能使用放大功能。放大模式指可使用放大功能，并可使用窗宽、 窗位调节及黑白反转等后处理功能。每名判读者根据体模显示情况，先记录每一显示格内的显示点位置，后与正确的显示点位置图比较。找到判断正确的最小显示格，并记录显示格标记的对应显示点直径（Di）与厚度（Ci, th）。研究者将6名判读者的判读结果分别代入以下公式：

表1 3M医用专业显示器与5M医用专业显示器的性能参数与价格比较

计算出影像质量因子反数值（image quality figure inverse，IQFinv），并计算出每种匹配模式的平均IQFinv值。

1.6 统计学方法

IQFinv统计学处理数据均以表示，计量资料比较采用配对t检验。2种显示模式的IQFinv值比较也采用配对t检验。统计学分析使用SPSS16.0统计软件，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 分辨率为100μm的乳腺机体模测试结果

6名判读者对CDMAM模型的评价结果，无论是标准显示模式还是放大显示模式，2种显示器上所能观察到的最小直径差异无统计学意义（表2）。在标准显示模式和放大显示模式下，3M与5M显示器的IQFinv值差异无统计学意义（表3）。

2.2 分辨率为70μm的乳腺机体模测试结果

6名判读者对CDMAM模型的评价结果，在标准显示模式下， 5M显示器可识别最小直径小于3M显示器，并有统计学意义；在放大显示模式下，两种显示器可识别最小直径相同（表4）。在标准显示模式下，5M显示器的IQFinv值高于3M显示器，并有统计学意义；而在放大显示模式下，3M与5M显示器的IQFinv值差异无统计学意义（表5）。

表2 2种显示器对100μm分辨率乳腺机体模检测可识别最小直径比较

表3 2种显示器对100μm分辨率乳腺机体模检测的IQFinv值比较

表4 2种显示器对70μm分辨率乳腺机体模检测可识别最小直径比较

表5 2种显示器对70μm分辨率乳腺机体模检测的IQFinv值比较

2.3 2种显示模式的IQFinv值比较

2种显示模式的IQFinv值比较结果见表6。无论哪种分辨率图像与显示器组合，在放大模式下阅片的影像质量均优于标准模式（P=0.010）。

表6 2种显示模式的IQFinv值比较

3 讨论

目前，随着PACS的快速发展，以计算机和显示器为主的软拷贝阅读模式开始广泛应用于临床。医用专业显示器作为PACS的影像显示终端，其性能优劣直接影响影像诊断的准确率。但由于5M医用专业显示器价格十分昂贵，医院选购显示器时往往用3M取代5M医用专业显示器用于乳腺影像的诊断。5M与3M显示器的性能比较如表1所示，主要在空间分辨率及点距上差异较大。所谓空间分辨率是指整幅显示屏由多少像素组成。目前主要的医用单色显示器有5M、3M、2M、1M 4种，应结合显示器的实际尺寸来考虑空间分辨率。如同样为5MP的显示器，21.3英寸的显示器像素间距（点距，相邻2个像素间与基色点之间的中心距离）为165μm，而20.8英寸的点距为156μm。点距越小，则屏幕上的像素排列越紧密，图像越清晰细腻，所以应选小点距的显示器。但点距也不是越小越好，人眼在明视距离25 cm可分辨的2个像素点之间最小距离约为100μm。只要2个点的中心距离大于这个数，理论上应能分辨。当然，人眼是有差别的，环境对识别的影响也很大。

2006年Bacher等[2]使用70μm分辨率探测器，通过拍摄乳腺专用CDMAM 3.4，并计算IQFinv来评估不同分辨率显示器在应用各种软阅读技术时对乳腺细节的显示能力。研究结果表明，对于乳腺影像显示5M显示器除了要好于3M显示器外，另外还发现正确应用各种软阅读技术（调整窗宽、窗位、放大及反转等功能）能显著提高显示器对乳腺细节的显示能力。当时由于临床应用的显示器以阴极射线管（cathode ray tube，CRT）显示器为主，所以本研究所用LCD均以5M CRT作为参照，而对LCD显示器之间没有进行比较。

此后，LCD开始逐步取代CRT显示器。LCD显示器要明显优于CRT显示器：亮度更高，厚度更薄，重量更轻，动态范围更大等。作为一种平板显示器，能消除图像扭曲，降低反射光的干扰。虽然早期研究发现LCD显示器有像素点缺失、矩阵尺寸小、信噪比低、面纱样炫目较强和显示均匀性差等缺点，但近期研究显示，新一代的LCD显示器已完全消除了面纱样炫目，显示均匀性也有所提高[4-5]。

Uematsu等[6]比较了3M与5M医用LCD显示器，分别对100例乳腺簇状微钙化（34例恶性、66例良性）的良恶性程度进行评估。结果表明，3M与5M显示器具有相似的诊断性能。但Kamitani等[7]分别比较了硬拷贝图像、3M与5M LCD显示器临床应用，发现三者在诊断乳腺肿块中差异无统计学意义；在进行簇状钙化检出时，3M显示器的性能要低于硬拷贝和5M显示器，但差异无统计学意义。对这些LCD显示器的临床应用研究都是在使用100μm分辨率乳腺X线数据的情况下完成的，没有对不同分辨率图像在不同显示器上的显示情况进行研究。

本文在70μm、100μm分辨率2种乳腺机上分别获得体模测试，比较3M与5M LCD医用专业显示器对这2种分辨率乳腺影像显示质量的影响。结果表明，在100μm分辨率乳腺体模图测试时，无论是标准显示模式还是放大显示模式，2种显示器的影像细节显示能力基本相仿（P＞0.05）。这也很好证明了我们之前进行的关于3M与5M显示器对不同分辨率乳腺影像图中微钙化诊断的研究结果[8-9]。在70μm分辨率乳腺体模图测试时，在标准显示模式下，5M显示器可识别最小直径（0.130±0.000）mm，小于3M显示器[（0.155±0.012）mm]，差异有统计学意义（P=0.004）。5M显示器的IQFinv值显著高于3M显示器（P=0.036）。在放大显示模式下，3M与5M显示器的可识别最小直径相同[（0.125±0.012）mm]，5M显示器的IQFinv值虽优于3M显示器，但差异无统计学意义（P＞0.05）。在使用放大显示模式下，无论使用哪种分辨率显示器与图像组合阅片，IQFinv值均优于标准模式阅片（P=0.010），这一结果也与Bacher等[2]的研究相同。

5M显示器有较好的乳腺影像细节显示能力，特别是在显示70μm分辨率乳腺数据时均要优于3M显示器，应作为高分辨率乳腺影像显示的配套显示器。如果使用3M显示器阅读70μm分辨率乳腺影像时，使用放大显示模式可缩小其与5M显示器的影像质量差异，但显著增加阅片时间，增加工作量[2]。在只需满足100μm分辨率乳腺影像的显示及诊断时，选择3M显示器可能会有更高的性价比。

[1]曹厚德.软阅读及专业显示器 [J].中国医学计算机成像杂志, 2006, 12(1): 359-363.

[2]BACHER K, SMEETS P, DE HAUWERE A, et al.Image quality performance of liquid crystal display systems:influence of display resolution, magnification and window settings on contrast-detail detection [J].Eur J Radiol,2006, 58(3): 471-479.

[3]CHIDA K, ZUGUCHI M, SAI M, et al.Optimization of tube potential-filter combinations for film-screen mammography: a contrast detail phantom study [J].Clin Imaging, 2006, 29(4): 246-250.

[4]SCHARITZER M, PROKOP M, WEBER M, et al.Detectability of catheters on bedside chest radiographs:comparison between liquid crystal display and highresolution cathode-ray tube monitors[J].Radiology,2005, 234(2): 611-616.

[5]BALASSY C, PROKOP M, WEBER M, et al.Flat-panel display(LCD) versus high-resolution grayscale display (CRT) for chest radiography: an observer preference study [J].Am J Roentgenol, 2005, 184(3):752-756.

[6]UEMATSU T, KASAMI M, UCHIDA Y.Soft-copy reading in digital mammography of microcalcifications:diagnostic performance of a 5-megapixel cathode ray tube monitor versus a 3-megapixel liquid crystal display monitor in a clinical setting [J].Acta Radiol, 2007, 48(7):714-720.

[7]KAMITANI T, YABUUCHI H, SOEDA H, et al.Detection of masses and microcalcications of breast screen on digital mammograms: comparison among hard copy lm, 3-megapixel liquid crystal display (LCD) monitors and 5-megapixel LCD monitors: an observer performance study [J].Eur Radiol, 2007, 17(5): 1365-1371.

[8]胡晓欣, 顾雅佳, 吴斌, 等.3M和5M显示器对高低分辨率乳腺影像数据中微钙化识读的影响 [J].生物医学工程学杂志, 2013, 30(2): 245-248.

[9]胡晓欣, 顾雅佳, 吴斌, 等.3M和5M显示器对不同分辨率乳腺影像图中微钙化诊断的影响 [J].中国癌症杂志,2013, 23(1): 47-50.