醫(yī)用顯示器的原理及其校正方法簡介

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)數(shù)字影像系統(tǒng)(PACS、DR、CR、CT、DSA和MRI等)日漸成熟，正迅速地取代傳統(tǒng)的膠片系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)數(shù)字影像系統(tǒng)包含三個關(guān)鍵的內(nèi)容：影像的獲取、影像的處理和影像的顯示。

通過影像系統(tǒng)得到的影像經(jīng)過處理，優(yōu)化到最佳狀態(tài)，最終通過顯示器由醫(yī)生來閱讀、解譯并診斷。因此，作為診斷醫(yī)生直接判讀影像的依據(jù)——顯示器，其顯示質(zhì)量對整個醫(yī)學(xué)數(shù)字影像系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性有著最直接和重要的影響。

但有些個別醫(yī)院出于成本的考慮使用普通顯示器進行閱片和診斷，認(rèn)為效果似乎還可以接受，其實，普通顯示器遠遠達不到閱片和診斷的要求。普通顯示器較低的對比度以及較低的分辨率為醫(yī)生的閱片帶來巨大的障礙。

而且，更重要的是，雖然普通顯示器似乎已達到了閱片要求的亮度，但是隨著時間的推移，顯示器老化，亮度會迅速衰減，很快就低于閱片所需要的最低亮度，醫(yī)生也就很難或無法在普通顯示器上做出準(zhǔn)確的診斷.

同時，不同普通顯示器對同一幅醫(yī)療影像圖片所顯示的效果可能相差很大，無法達到醫(yī)療診斷影像所要求的一致性要求。因此醫(yī)用顯示器越來越被醫(yī)院認(rèn)可。

1 .醫(yī)用顯示器的概述

相對于普通顯示器，醫(yī)用顯示器具有更高的最大亮度，更高的對比度，更高的分辨率，支持更高比特(10比特至12比特)的灰階顯示。更重要的是醫(yī)用顯示器具有普通顯示器難以達到的穩(wěn)定性和一致性。

穩(wěn)定性主要是指醫(yī)用顯示器的亮度能夠穩(wěn)定地保持在理想的閱片亮度值(一般在400-500 cd/m2之間)上。即使液晶面板會隨著時間的推移老化，亮度降低，醫(yī)用顯示器也能夠調(diào)整亮度到原來的理想值。

一致性是指在醫(yī)學(xué)數(shù)字影像系統(tǒng)中，無論是在影像獲取設(shè)備(CR機、DR機、CT機等)的顯示器上，還是在門診醫(yī)生所用的顯示器上，所有的醫(yī)療影像都要保持視覺的一致性，即各個顯示器的顯示效果是一致的。這對醫(yī)生的正確診斷非常重要。因為，不一致的醫(yī)療影像，會帶來不一致的、不可靠的或者是錯誤的診斷。

2 .醫(yī)用顯示器校正的原理

在使用過程中，主要有外在的和內(nèi)在的兩個方面的因素會影響醫(yī)用顯示器的穩(wěn)定性和一致性。外在的因素是主要指環(huán)境光線(照明、窗戶等)影響顯示器的顯示效果。內(nèi)在的因素主要指液晶面板的物理特性。

液晶面板的背光燈管的效率很大程度上取決于溫度，啟動時溫度變化，亮度可以在很短的時間內(nèi)發(fā)生巨大的變化;在工作一段較長的時間后,由于背光燈管的老化，顯示器亮度會逐漸變暗,所以,顯示器的亮度隨時間在變暗。

為了解決上述問題，美國放射學(xué)會(American College of Radiology)和美國電氣生產(chǎn)聯(lián)合會( National Electrical Manufacturers Association)共同制定DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine，醫(yī)療數(shù)字影像及通訊)標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范系統(tǒng)間、設(shè)備間醫(yī)學(xué)圖像通信。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)推出了關(guān)于灰度圖像顯示標(biāo)準(zhǔn)方面的內(nèi)容(Part 14)：灰度標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)(GSDF, Grayscale Standard Display Function)，其目的是：醫(yī)學(xué)圖像傳輸?shù)饺我獾攸c，在任何符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的顯示設(shè)備上，圖像能夠以一致的灰度表現(xiàn)得到表達。“一致的灰度表現(xiàn)”即相同的圖像灰度變化對應(yīng)到相同的可感知的亮度級別變化。灰度標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)定義的并不是灰度變化與亮度成線性關(guān)系，而是灰度變化與人眼視覺感知成線性關(guān)系。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)Barten視覺模型，將亮度劃分為一定的亮度級別JND(Just Noticeable Difference，人眼恰好能分辨的亮度差)[6]。每個亮度級別間的亮度差剛好對應(yīng)人眼在該亮度水平下能夠辨別的最小亮度變化。DICOM以表格的方式給出了每個JND級別對應(yīng)的亮度值，這就是DIC0M定義的標(biāo)準(zhǔn)灰度顯示函數(shù)GSDF。

DICOM強調(diào)的是視覺感知的線性，其含義是，一幅醫(yī)學(xué)圖像，無論在何種顯示設(shè)備上，在何種顯示環(huán)境下，閱讀者應(yīng)該獲得相同的視覺感知印象，這種感知印象不是一種定性的描述，而是以嚴(yán)格的物理光學(xué)特性定義來獲得的。在DICOM標(biāo)準(zhǔn)中已考慮到環(huán)境光對顯示系統(tǒng)的影響，并定義了糾正環(huán)境光影響的技術(shù)方法。DICOM還給出了顯示系統(tǒng)校正到GSDF的方法。

3. 醫(yī)用顯示器校正的方法

實際應(yīng)用中，醫(yī)用顯示器需要使用亮度計和相應(yīng)的程序來對亮度測量并進行校正，以使其符合DICOM要求。常見的有外置亮度計手動校正和內(nèi)置亮度計自動校正。

3.1外置亮度計手動校正 在校正時，亮度計置于顯示器的前方。顯示器顯示各種不同的測試圖片，亮度計分別測量這些測試圖片中特定位置的亮度值，然后利用專門的亮度校正軟件，對顯示器的亮度進行校正。

外置亮度計圖1：外置亮度計手動校正外置亮度計手動校正的一個非常大的優(yōu)點是直觀，因為亮度計放置在顯示屏前，亮度計所測得的亮度就是人眼所看見的亮度，不需要其它的計算進行轉(zhuǎn)換。

外置亮度計手動校正的不足是它需要具有一定技術(shù)的專業(yè)人員手動操作，對人員的要求比較高;顯示器的每隔一定時間(3至6個月)就要校正一次，工作量較大，而且很可能會錯過校正時間;亮度計測的是屏幕的某一非常小的區(qū)域的光線，采光區(qū)域小，由于屏幕的亮度不是完全的均勻，所以測得的亮度不能代表整個屏幕的亮度水平。

3.2 內(nèi)置亮度計自動校正 內(nèi)置的亮度計裝在液晶面板后部，從透光孔中接收背光燈射出的背光，測量背光的亮度，并由校正器控制電路完成校正工作。內(nèi)置的亮度計校正器控制電路液晶面板后部透光孔圖2：內(nèi)置亮度計自動校正 內(nèi)置亮度計自動校正主要采用Intelli-GuardTM光學(xué)傳感技術(shù)來實現(xiàn)醫(yī)用顯示器的校正。

Intelli-GuardTM系統(tǒng)是一套自動檢測亮度和溫度的精密控制系統(tǒng)，有效解決了傳統(tǒng)的醫(yī)用顯示器需要定期檢測和重新校準(zhǔn)的問題。顯示器內(nèi)置的處理器SmartController能存儲Dicom校正結(jié)果，根據(jù)校正結(jié)果智能地修正和補償顯示器的亮度輸出。

Intelli-GuardTM通過自動調(diào)整背光源驅(qū)動來控制液晶面板亮度輸出的穩(wěn)定性，使每天的工作亮度恒定在校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)亮度。Intelli-GuardTM的穩(wěn)定控制功能，彌補了液晶面板因溫度升降帶來的透光率降低問題，確保各種環(huán)境溫度波動時，顯示亮度恒定保持在校準(zhǔn)的亮度范圍內(nèi)。Intelli-GuardTM自動控制背光驅(qū)動電路，大大縮短了專業(yè)高分辨率顯示器的達到亮度穩(wěn)定狀態(tài)的時間，從過去的幾分鐘縮短為現(xiàn)在的十幾秒以內(nèi)。