医用显示器质量控制及校准周期的研究

张海成

医用显示器是影像诊断系统中医学影像的最终呈现设备，其亮度必须稳定地保持在影像诊断所要求的阅片亮度值之上，并且不同的医用显示器对同一影像图片所显示的效果必须一致[1-2]。医用显示器的显示质量直接关系到临床诊断的有效性和准确性，因此必须对医用显示器进行质量控制并制定合理有效的校准周期，从而为医生提供稳定性和一致性的医学影像[3]。

本研究对医院9台在用医用显示器进行季度性质量检测工作，同时对其进行连续55周的亮度检测，记录其亮度变化率随时间的变化数据。统计分析结果显示，医用显示器各项性能参数均在AAPM-TG18规定的范围之内，且医用显示器每季度的光强度变化为0～25 cd/m2，符合相应的函数范围。因此，为确保影像诊断系统的图像准确性，医用显示器的校准周期设为每季度一次为合理且有效[4-5]。

1 医用显示器质量控制标准

目前，对于医用显示器的质量控制有两种国际标准：①由美国医学物理学家协会第18工作组(AAPMTG18)提出的关于医学图像显示质量评测的标准[6-7]；②由美国放射学会和美国电气生产联合会共同制定的医学数字成像和通信(digital imaging and communication in medicine，DICOM)标准，用于规范系统之间和设备之间的医学图像通信[8-9]。

2 医用显示器性能评价指标

2.1 恰能分辨的亮度差

函数DICOM标准根据人类视觉系统的Barten模型，将光强度为0.05～4000 cd/m2的范围划分为1024个恰能分辨的亮度差(just noticeable different，JND)，即物体与背景的亮度差。每个亮度级别间的亮度差刚好对应人眼在改变亮度水平下能够分辨的最小亮度变化[10-11]。

2.2 几何失真

显示器的几何失真会引起原始图像几何部分的偏差，实际后果是使得图像特征的相对尺寸和形状受到一定的影像。显示器的失真通常为线性改变、形成角度和不合适的屏幕宽高比及非线性。

2.3 亮度均匀性

显示器的亮度均匀性是指显示均匀图像时在显示区域内亮度的最大变化，可由显示器表面不同位置的亮度决定。显示器亮度的非均匀性以任意一对亮度值间相对最大偏差表示，而每个显示图像的最大亮度偏差用最大和最小亮度的差值与其平均值的百分比表示。

2.4 显示分辨率

显示器的空间分辨率是用来定量的衡量显示系统能否以高保真度产生物体不同点独立影像的能力，需要使用有足够空间分辨率特征的系统以保证在显示一幅医学影像图时能够确保兴趣区的空间细节。

3 医用显示器质量控制方法

使用光度计和显示器校准软件定期进行DICOM标准的灰度标准显示函数(grayscale standard display function，DICOM GSDF)校正，并采用TG18推荐的各种测试图和评估标准来检测显示器的亮度响应误差和亮度均一性等项目。在医院配置的9台BARCO医用显示器中有BARCO MGD221型5台，BARCO MGD2621L型2台，BARCO521型2台，校准软件为MediaCal Pro软件。

3.1 DICOM GSDF校正

将亮度计置于显示屏的中心位置，运行MediaCal Pro软件，选择校准的标准函数为DICOM标准，根据临床所需设定最高亮度值和最低亮度值，选择“Calibration”菜单进行校准过程，校准结束后将亮度计取下，屏幕将显示TG18-QC测试图，观察屏幕是否能清晰分辨出全黑与5%的灰、白与95%的灰。之后再次将亮度计置于中心位置，校准软件将自动计算显示器的亮度响应函数，得出亮度响应曲线，并与DICOM GSDF标准曲线相比较，计算出亮度响应误差水平[12]。

3.2 几何失真目测

全屏显示TG18-QC测试图，目测检验测试图是否在显示器中央，以及测试图的边界线是否是直线，测试图中的方格是否规则等。

3.3 全屏亮度均一性

在校准软件中选择“全屏幕校准(Full screen calibration)”功能。参考AAPM TG18-UN80测试图，在显示屏中心和周围四角选择5个白色小色块，将亮度计依次置于小方块上并测得亮度值，计算出最大亮度差异值(公式1)：

3.4 显示分辨率检测

采用亮度差异法检测显示分辨率。全屏显示G18-QC测试图，在中心和四角可见5组水平和垂直线对区。用光度计分别测量每个线对区的亮度，并求出每组水平和垂直亮度差异百分比。

4 医用显示器质量控制结果

对9台BARCO医用显示器(3种型号)的检测固定项目如DICOM GSDF校正、几何失真、全屏亮度均一性以及显示分辨率等进行检测及统计分析(见表1)。

对9台3种不同型号医用显示器质量控制检测结果显示，显示器经质量控制维护后的各项性能指标在AAPM-TG18标准规定的范围之内，在几何失真检测中无明显失真存在，符合医学影像诊断的要求[13]。

利用MTALAB软件对9台BARCO医用显示器连续55周进行亮度检测的数据进行统计分析，其中1台MGD521医用显示器的亮度变化率dL/dt随时间t变化的点分布趋势如图1所示。

表1 3种不同型号医用显示器质量控制检测结果(%) (±s)

表1 3种不同型号医用显示器质量控制检测结果(%) (±s)

检测项目 MGD211 MGD2621L MGD521 AAPM TG18标准亮度响应误差 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显示分辨率 7.42±0.64 6.13±1.26 17.68±2.01 △L≤30

图1 亮度变化率dL/dt与时间t的分布趋势图

对图1中离散的点分布趋势图进行拟合分析，得到的亮度变化曲线如图2所示。

图2 医用显示器亮度变化率随时间的拟合曲线图

对图2中数据拟合出的曲线图分析得知，MGD521医用显示器的亮度变化率的曲线为公式2：

试中L为亮度，单位为cd/m2；t为时间，单位为周。

公式(2)计算结果表明，显示器亮度变化约为每周0.7 cd/m2，每月3 cd/m2，显示器使用1年后其亮度变化将达到每周0～2 cd/m2，每季度0～25 cd/m2。根据DICOM定义的标准灰度显示函数GSDF，25 cd/m2的亮度改变符合1 K显示器20 JND和2 K显示器15 JND，即每季度0～25 cd/m2的变化量，符合医用显示器的亮度变化范围，故亮度检测可每季度进行一次。

5 结论

本研究依据DICOM和AAPM-TG18两个标准，对9台医用显示器实施了初步的质量控制工作，质量控制项目包括DICOM GSDF亮度响应曲线、几何失真、屏幕亮度均一性以及屏幕显示分辨率4个方面。统计数据表明，经质量控制检测工作后，医用显示器的各项性能指标在AAPM-TG18规定的范围之内，符合医学影像诊断的要求，保证了临床影像诊断的准确性[14]。

同时，研究数据分析表明，医用显示器的季度性检测是合理且有效的，不但保证医用显示器的亮度变化符合临床诊断规定的范围，而且减少了因缩短检测周期而加大的不必要的工作量[15]。本次研究工作尚未对医用显示器的其他检测项目如色度、伪影及噪声等进行检测，相关的理论及检测工作有待在今后研究中重点进行。

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