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医用显示器校正的方法

 

随着计算机技术的发展,医学数字影像系统(PACS、DR、CR、CT、DSA和MRI等)日渐成熟,正迅速地取代传统的胶片系统。医学数字影像系统包含三个关键的内容:影像的获取、影像的处理和影像的显示。通过影像系统得到的影像经过处理,优化到最佳状态,最终通过显示器由医生来阅读、解译并诊断。因此,作为诊断医生直接判读影像的依据——显示器,其显示质量对整个医学数字影像系统的有效性和准确性有着最直接和重要的影响。

  但有些个别医院出于成本的考虑使用普通显示器进行阅片和诊断,认为效果似乎还可以接受,其实,普通显示器远远达不到阅片和诊断的要求。普通显示器较低的对比度以及较低的分辨率为医生的阅片带来巨大的障碍。而且,更重要的是,虽然普通显示器似乎已达到了阅片要求的亮度,但是随着时间的推移,显示器老化,亮度会迅速衰减,很快就低于阅片所需要的最低亮度,医生也就很难或无法在普通显示器上做出准确的诊断;同时,不同普通显示器对同一幅医疗影像图片所显示的效果可能相差很大,无法达到医疗诊断影像所要求的一致性要求。因此医用显示器越来越被医院认可。

1 .医用显示器的概述

  相对于普通显示器,医用显示器具有更高的最大亮度,更高的对比度,更高的分辨率,支持更高比特(10比特至12比特)的灰阶显示。更重要的是医用显示器具有普通显示器难以达到的稳定性和一致性。稳定性主要是指医用显示器的亮度能够稳定地保持在理想的阅片亮度值(一般在400-500 cd/m2之间)上。即使液晶面板会随着时间的推移老化,亮度降低,医用显示器也能够调整亮度到原来的理想值。一致性是指在医学数字影像系统中,无论是在影像获取设备(CR机、DR机、CT机等)的显示器上,还是在门诊医生所用的显示器上,所有的医疗影像都要保持视觉的一致性,即各个显示器的显示效果是一致的。这对医生的正确诊断非常重要。因为,不一致的医疗影像,会带来不一致的、不可靠的或者是错误的诊断。

灰阶医用显示器

2 .医用显示器校正的原理

  在使用过程中,主要有外在的和内在的两个方面的因素会影响医用显示器的稳定性和一致性。外在的因素是主要指环境光线(照明、窗户等)影响显示器的显示效果。内在的因素主要指液晶面板的物理特性。液晶面板的背光灯管的效率很大程度上取决于温度,启动时温度变化,亮度可以在很短的时间内发生巨大的变化;在工作一段较长的时间后,由于背光灯管的老化,显示器亮度会逐渐变暗,所以,显示器的亮度随时间在变暗。为了解决上述问题,美国放射学会(American College of Radiology)和美国电气生产联合会( National Electrical Manufacturers Association)共同制定DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine,医疗数字影像及通讯)标准,用于规范系统间、设备间医学图像通信。DICOM标准推出了关于灰度图像显示标准方面的内容(Part 14):灰度标准显示函数(GSDF, Grayscale Standard Display Function),其目的是:医学图像传输到任意地点,在任何符合DICOM标准的显示设备上,图像能够以一致的灰度表现得到表达。“一致的灰度表现”即相同的图像灰度变化对应到相同的可感知的亮度级别变化。灰度标准显示函数定义的并不是灰度变化与亮度成线性关系,而是灰度变化与人眼视觉感知成线性关系。DICOM标准根据Barten视觉模型,将亮度划分为一定的亮度级别JND(Just Noticeable Difference,人眼恰好能分辨的亮度差)。每个亮度级别间的亮度差刚好对应人眼在该亮度水平下能够辨别的最小亮度变化。DICOM以表格的方式给出了每个JND级别对应的亮度值,这就是DIC0M定义的标准灰度显示函数GSDF。 DICOM强调的是视觉感知的线性,其含义是,一幅医学图像,无论在何种显示设备上,在何种显示环境下,阅读者应该获得相同的视觉感知印象,这种感知印象不是一种定性的描述,而是以严格的物理光学特性定义来获得的。在DICOM标准中已考虑到环境光对显示系统的影响,并定义了纠正环境光影响的技术方法。DICOM还给出了显示系统校正到GSDF的方法。


3. 医用显示器校正的方法

  实际应用中,医用显示器需要使用亮度计和相应的程序来对亮度测量并进行校正,以使其符合DICOM要求。常见的有外置亮度计手动校正和内置亮度计自动校正。

  3.1外置亮度计手动校正 在校正时,亮度计置于显示器的前方。显示器显示各种不同的测试图片,亮度计分别测量这些测试图片中特定位置的亮度值,然后利用专门的亮度校正软件,对显示器的亮度进行校正。外置亮度计图1:外置亮度计手动校正外置亮度计手动校正的一个非常大的优点是直观,因为亮度计放置在显示屏前,亮度计所测得的亮度就是人眼所看见的亮度,不需要其它的计算进行转换。外置亮度计手动校正的不足是它需要具有一定技术的专业人员手动操作,对人员的要求比较高;显示器的每隔一定时间(3至6个月)就要校正一次,工作量较大,而且很可能会错过校正时间;亮度计测的是屏幕的某一非常小的区域的光线,采光区域小,由于屏幕的亮度不是完全的均匀,所以测得的亮度不能代表整个屏幕的亮度水平。

3.2 内置亮度计自动校正 内置的亮度计装在液晶面板后部,从透光孔中接收背光灯射出的背光,测量背光的亮度,并由校正器控制电路完成校正工作。内置的亮度计校正器控制电路液晶面板后部透光孔,内置亮度计自动校正 内置亮度计自动校正主要采用某种光学传感技术来实现医用显示器的校正。 这种系统是一套自动检测亮度和温度的精密控制系统,有效解决了传统的医用显示器需要定期检测和重新校准的问题。显示器内置的处理器SmartController能存储Dicom校正结果,根据校正结果智能地修正和补偿显示器的亮度输出。这种系统通过自动调整背光源驱动来控制液晶面板亮度输出的稳定性,使每天的工作亮度恒定在校准的标准亮度。这种系统的稳定控制功能,弥补了液晶面板因温度升降带来的透光率降低问题,确保各种环境温度波动时,显示亮度恒定保持在校准的亮度范围内。自动控制背光驱动电路,大大缩短了专业高分辨率显示器的达到亮度稳定状态的时间,从过去的几分钟缩短为现在的十几秒以内。内置亮度计自动校正的优点是:不需要人工介入,显示器自动完成,省去了专业人员的劳动,也避免了人工操作可能带来的误差;自动监测到显示器的亮度变化并自动调整,使得显示器在使用寿命内一直保持稳定的亮度;测量的是背光灯的亮度,即显示器的整体亮度,能够准确表示显示器的整体水平。内置亮度计自动校正也有其不足:其所测得的亮度是背光的亮度,不是背光经过液晶面后被人眼所感受到的亮度。

4. 小结

  外置亮度计手动校正和内置亮度计自动校正各有其优缺点,因为外置亮度计手动校正需要专业人员进行,不能显示器自动完成,提高了使用和维护成本,给使用者带来很多不便,同时会有滞后或忽略的可能。随着感测和计算机技术的日益提高,内置亮度计自动校正越来越成熟,其缺点也相对越来越小。该技术将会成为医用显示器校正的主要方法,被国际国内主流医用显示器厂家所采用。

 


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