PACS系统液晶显示器质量评价系统的研发

孙凯，施红

卫生部北京医院 a.老年医学部设备管理室；b.老年医学部办公室，北京 100730

PACS系统液晶显示器质量评价系统的研发

孙凯a，施红b

卫生部北京医院 a.老年医学部设备管理室；b.老年医学部办公室，北京 100730

本文结合主观与客观评价方法，采纳国际、国内现行的医用显示器显示标准，设计了一个基于医学影像归档与通讯系统（PACS）定时液晶显示器质量评价系统。该系统人机交互简便，显示清晰明了，使不同医疗机构的医生可以获得相同的视觉效果。

PACS系统；医学数字成像与通信标准；标准灰度显示函数；临界可见偏差

0 前言

随着医学影像归档与通讯系统（PACS）在各级医疗机构的建立[1]，改变了放射科医生原有的诊断流程，基于PACS系统做图像诊断必须依赖专业的图像诊断显示器。医用显示器目前明确遵循的标准就是医学数字成像与通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）标准，基于PACS系统发展起来的一体化医疗企业集成机构（Integration Healthcare Enterprise，IHE），推进了医疗信息系统的规范化、标准化[2]。目前医用显示器业内主流厂家都在发展各自的产品线，主要针对医用显示器硬件方面，核心技术在于传感器对于显示器的调节功能。随着软硬件技术和产品、处理算法、组织方法等方面的快速发展，材料技术、电子元器件、处理芯片和显示面板等方面技术水平都有所提高，医疗显示系统的性能也得到了大幅提升[3]，而厂家的质控评价方法各不相同，不具有统一评测的价值。由于医疗机构的设备需要定期检测、评价，由国家相关管理部门出具权威认证。而对于具有PACS系统的医疗机构，对医用胶片可以进行评价，方法包括由密度计测量胶片的密度值以及对打印胶片的激光相机的激光部分进行测量。随着诊断流程的改变，如何有效地在PACS系统中对诊断显示器进行评价质控，从而确保医生诊断的准确性，避免影像诊断误诊，对PACS系统显示器的图像质量评价是十分必要的。

1 设计思路

医疗机构专业显示器主要应用在PACS诊断工作站、影像设备操作台、后处理工作站等，是图像的主要显示来源。这些专业显示器来自不同影像设备厂家，建立统一的图像评价系统是非常必要的。

1.1 评价标准

为确保研究设计的合理性、科学性，我们选用发放调查问卷的方法，此调查问卷26道题目全部针对影像诊断科医生，希望以此形式掌握影像科室医生在日常图像浏览过程中，是否关注图像显示器的质量及对显示器质量控制的参与程度。通过发放且全部收回的60份有效问卷，得出以下结论：① 超过半数调查对象对显示器的质量不关注；②全部调查对象从未调节过亮度；③ 超过半数调查对象认为质控时间应在5 min以内；④ 多数调查对象对于采用标准图像作为评价工具不够了解；⑤ 对于质控周期，多数调查对象选择半年。

针对调查问卷的结果，我们对主观、客观评价方法做了相应补充调整。多数影像诊断科医生对显示器质量不关注，因此有必要从工程技术方面制定方案，定期定时提醒诊断医生、工程师需要进行不同程度的显示器检测，分别对应主观、客观评价方法。亮度对灰阶显示器具有重要影响，因此客观评价方法应首先选用亮度测量为评价标准。质控不宜占用太多时间，设计评价软件时应符合流程且简便易用。客观评价采用DICOM标准中AAPM-TG18图像标准。客观评价周期暂定为半年，主观评价周期应设定的更短。

本文设计的评价流程遵循业内公布的国内外显示技术标准，采用主观、客观评价方法相结合。当影像诊断科医生主观评价认为图像清晰度不达标时，必须由工程技术人员使用标准检测设备进行客观评价。

1.2 主观评价

主观评价由影像科医生执行，简便、高效，可以设置评价启动时间，属于常规评价。主观评价人员应为一线影像科医生，具体评价流程遵照医生分组进行，根据影像科部位分为胸组、腹组以及头神经骨组3组，每组的主观评价图像为会诊时选出的优类图像[4]，即在医疗机构读片会上选出的最好等级图像，以此作为评价医用专业显示器的标准图像。主观评价图像可以更新，新设备、新技术产生的图像均可以作为主观评价标准图像。

1.3 客观评价

客观评价由工程技术人员执行，依据软件设定时间，采用第三方标准检测设备。首先选择目前业内主流厂家认可，国际标准采纳的评价图像，如TG18图像（美国医生物理师协会，第18工作组发布的图像）作为客观评价图像源。具体流程是在PACS系统的医用显示器上，用亮度计测量18幅标准图像的屏幕亮度，记录亮度值填入设计软件，换算为人眼可辨别的最小差值（Just Noticeable Difference，JND），并形成曲线，这条JND曲线与标准的JND曲线比较后可以看出是否偏离，依据偏离程度评价显示器是否满足诊断要求。依据DICOM 3.0标准中定义的灰度标准显示函数（Grayscale Standard Display Functio，GSDF），由已知亮度通过GSDF可以得到j值[5]。

公式(1)中的Ln表示自然对数，j是JND亮度级Ln(j)的索引值（定义从1～1023），a＝-1.3011877，b＝-2.5840191E-2，c＝8.0242636E-2，d＝-1.03202292E-1，e＝1.3635334E-3，f＝2.8745620E-2，g＝-2.5468404E-2，h＝-3.1978977E-3，k＝1.2992634E-4，m＝1.3635334E-3。以10为底的对数L（j）通过该函数在整个亮度范围内进行差值运算。

2 实现过程

显示器评价系统模块包括主观评价、客观评价，主观评价按照不同部位影像分组来实现[6]，也可以根据不同的设备类型分组。客观评价是这套软件系统的核心，点击客观评价后会自动进入图像界面，按图片顺序将标准测试图中心区即亮度计测量区的亮度值录入软件相关空格中，顺序不能颠倒，否则程序不予处理，最终通过算法程序生成JND曲线并标记对应亮度值的点，与标准曲线进行比较获得客观的评价结果。每组亮度值可以选择保存，便于日后查询。评价软件流程如图1所示。

图1 评价软件流程图

2.1 服务器端、客户端设计

要符合C/S架构，必须将服务器端、客户端分开设计。设计上需要从服务器调阅主观、客观评价图像，且相关信息等都应保存在服务器端，以便于在联网的任何一台工作站上均可以调阅标准图像进行一致性评价，满足远程诊断的需要。各个客户端的数据将统一保存在服务器上，便于客户端使用，客户端连接数据库获取信息，需要图像时可从存储上获取，服务器端的设计包括数据库和存储，客户端将测量的亮度值录入软件空格处。

2.2 登录角色管理

需要设置管理员、医生、工程师，医生为主观评价人员，工程师为客观评价人员。

2.3 JND曲线算法、数字驱动电平算法设计

依据DICOM 3.0标准的GSDF公式，同公式(1)。

2.4 定时提醒

定时器设计是软件的重要内容之一，根据定时器设定的时间，系统将会自动提示相关人员进行显示器评价，定时器的时间设定无角色限制。

2.5 硬件环境

选用的外置亮度计为柯尼卡美能达公司生产的CA100A型亮度计。亮度范围：标识显示系统从最小到最大亮度的数值范围[7]；测试用专业医用显示器选用JUSHA-M21，BARCO Coronis 2MP（MDCG-2121），EIZO GX220，WIDE IF2002MP，所选设备同为2 M分辨率，四家厂商的产品具体参数均符合要求；所用测试软件平台PC硬件：一台PC机，DELL780，4G内存，四核CPU，1T硬盘，普通19寸显示器。

3 测试结果及讨论

研究所用软件开发工具为DELPHI XE2，是能够快捷、高效地实现显示器一致性评价的软件设计平台，搭建FTP服务器，作为图像下载工具，将主观评价所用DICOM格式图像存放于指定目录下，并设置FTP指向。首先安装软件SQL SERVER(企业版)，配置数据库，然后安装DELPHI XE2编译工具[8]，导入之前写好的部分代码。在架构搭建好，软件代码基本调试成功后，进行单机版测试，将亮度值录入软件的空格处，能够生成JND曲线，单机版客观评价方法测试完成后，也可以考虑进行远程测试。通过显示一致性评价软件，先后测量4个品牌14台PACS系统液晶显示器，具体型号见表1，应用主观与客观评价结合的方法。

表1 基于PACS系统的液晶显示器显示评价结果

① 主观评价：设置主观评价周期为3天，获得主观评价结果。经过3个月的主观评价，只有1台医用显示器被医生提出重复评价要求，但未提请进行工程师客观评价；②客观评价：根据研究论文时限，我们将客观评价周期缩短为7天，共评价14次获得亮度记录值。

测量实际亮度值后生成曲线，对比标准曲线后有9台符合JND曲线，而数字激励电平（Digital Driving Level，DDL）与亮度曲线全部共有3台偏离值在10%以外，具体结果见表1。

对于主观评价发现的一台需要重复评价的显示器，随后工程技术人员在客观评价后发现其DDL与亮度曲线偏离在10%以上，但是对于客观评价2台不符合JND标准曲线的显示器，在主观评价阶段未能由医生提出。

4 结论

本评价系统符合医疗机构工作流程，研究设计具有实际意义，但是评价软件还具有很大的发展、升级空间。随着国家医疗体制改革的不断深入，在医疗机构监管制度不断完善的前提下，医疗机构相关管理部门能够重视PACS系统显示器图像评价的重要性，减少影像误诊，避免医患纠纷。

[1] 刘岳辉．PACS系统显示性能对诊断质量的影响评价[J]．中国医疗设备,2008,24(5):47-50．

[2] 姜涛,安继业,陈仲永,等．基于CPI集成模型的医学图像显示一致性表达[J]．中国医疗器械杂志,2007,31(6):400-403．

[3] 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(5):359-363．

[4] Barten PGJ．Physicalmodel for Contrast Sensitivity of the human eye[J]．Proc SPIE1666,1992:57-72．

[5] National Electrical Manufacturer Association．Digital Imaging and Communication in Medicine(DICOM)[S]．1999:66-69．

[6] 王先运,孙勇,刘慧琴,等．显示器亮度对诊断质量的影响[J]．中华放射学杂志,2003,37(6):556-559．

[7] Jung KW,Jung HY,Romero Y,et al．Impact of Display Alternatives in the Determination of Bolus Handling:A Study Using High-Resolution Manometry With Impedance[J]．Am J Gastroenterol, 2011,106(10):1854-1856．

[8] 颜郭发柏,李家新,王平．Delphi开发OPC数据访问应用程序的研究[J]．工业控制计算机,2008,(1):42-43．

R&D of a LED Quality Assessment System for PACS

SUN Kaia, SHI Hongb
a.Department of Equipment; b.Administration Office, Geriatric Medicine Section, Beijing Hospital of the Ministry of Health, Beijing 100730, China

In combination with subjective and objective assessment methods, this paper adopted the international and domestic display standards, and designed a timing LED (Liquid Crystal Display) quality assessment system based on the PACS (Picture Archiving and Communication Systems). The system showed convenient human-machine interface and intuitive display, which could provide the same visual impression for doctors in different medical organizations.

picture archiving and communication systems; digital imaging and communications in medicine; gray-scale standard display function; just noticeable difference

R445；TN911.73

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.036

1674-1633(2015)06-0127-03

2014-12-18

2015-03-03

孙凯，工程师。

通讯作者邮箱：bjpacs@sina．com