一文读懂医用影像显示器关键参数

阿明哥哥资料区 2023-02-08 发布于上海

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随着IT业的发展，数字影像系统(PACS、DR、CR、DSA等)日渐成熟。由于其软读片的功能和前瞻性，越来越受到国内医院的青睐。

但，由于对成本的考虑，在数字影像系统方面，常常忽略或舍弃医用显示器的配置，以普通PC显示器或黑白显示器代用，使影像显示效果大打折扣，导致数字影像系统整体功能出现“木桶效应”，即整体系统功能=部件最低功能，这种现象的产生是由于业界对医用显示器的认识不足所造成的。

医用显示器作为数字化医学影像系统的“最后一公里”，其呈现的图像质量是医生诊断的重要依据。相对于普通显示器，医用显示器具有更高分辨率、亮度及符合医学图像显示器特征的校准曲线等关键指标，以保障图像精准度的关键因素。下面将从以下几个方面为您解读医用显示器的参数。

01

亮度

人眼对灰阶的分辨能力随着亮度的不同，有着一个非线性关系。亮度(Luminance)越高，人眼能辨的灰阶(JND-Just Noticeable Difference)就越多；反之，低亮度时，人眼对灰阶分辨力较差。为了提高灰阶的分辨力，显示器的亮度要高。

医生阅片室的环境光对显示器的亮度是有影响的，显示器图像亮的部分取决于显示器的亮度，但暗的部分除了显示器亮度，还与环境亮度与显示屏的折射率有关。

假如室内照度为100lux（lux(勒克斯)，照明单位），显示屏折射为2%，则亮度为2cd/m²（cd/m²(坎德拉/平方米)，手机/电视/显示器亮度单位，1 cd/m²= 1 nits(尼特)）。

当要求对比度为1：100时，显示器亮度至少应为200cd/m²。而一般办公室的照度经常可以达到500lux，显示器的亮度就要求能达到1000cd/m²，这是由于人眼的非线性灰阶辨别能力和环境照度的因素。

医用显示器设计制造的最大亮度为600-800cd/m²。普通显示器亮度为200-350cd/m²。美国放射学会(ACR)规定了数字化X线图像的最大亮度至少应该为170cd/m²。2001年3月在德国的X线影像讨论会上，业内意见是凡用数字化图像的显示器要求亮度至少为200cd/M2。一般透视或CT图像至少为100cd/m²。那么由此看来，普通显示器的亮度似乎已达到了阅片要求的亮度(许多医院对刚安装时的显示器影像也颇为满意)。

考虑到LCD显示器的亮度会随着时间而衰减，因此希望至少在三年时间内，显示器的亮度都能维持在最低要求的亮度以上，所以建议新显示器的亮度至少应在500cd/m²以上。但是由于普通显示器没有亮度稳定和校正功能，亮度随时间的衰减和环境光的折射，显示亮度大大折扣，不能真正达到阅片的要求。

医用显示器的最高亮度在安装就位后，利用光学校正手段按照DICOM标准进行校正，使亮度保持在一个阅片要求的亮度值(一般在400-500cd/m²之间)，并保证在3-5万小时恒定不变。这样就保证了亮度的稳定性和影像的一致性。由此看来，普通显示器和医用显示器在医疗放射科阅片室工作环境下的实际功能是差别很大的。

02

灰阶

灰阶是指在最亮值到最黑值之间，显示器所能够显示的层次。灰阶是真实显示医学图像中患者病灶的一个重要参数，只有灰阶的层次多，才能够保证较高的读片质量。普通显示器有8bit-256灰阶，用于显示彩色图象，无灰阶要求；医用显示器有10bit-1024灰阶，用于显示X光灰阶图象，于诊断相关。

人眼对灰阶的反应并不是线性的关系，因为人眼对黑暗部分的反应不如明亮部分灵敏。DICOM3.0第14章为显示灰阶图像提供了一个标准显示函数。使用这个标准显示函数在不同亮度的显示系统上显示图像，能提供某种程度的相似性。经过此函数转化的灰阶，人眼的反应近似呈线性关系。

因此，一个好的医用显示器，必需具备有调整灰阶显示曲线以符合DICOM3.0第14章中规定的灰阶显示函数的功能。

在放射学的诊断中，这种灰度差异（组织密度小差异性），有可能对早期病灶的诊断有很大的帮助。显示器在显示黑白影像的灰阶数是和显卡相关的，普通显卡更多的关心彩色显示参数，如：显存、速度、彩色位数等；但是，windows系统是8bit输出显示，反映黑白影像时的灰阶，还是256个灰阶。由于windows在调色盘上要独占20个颜色，影像实际只有236个灰阶，这就是为什么普通显卡常常遇到的灰阶不连续的问题。要达到完美地再现灰阶连续的黑白影像，就应选配专业的输出灰阶在10bit以上显卡。

03

分辨率

分辨率是指单位面积显示像素的数量，显示器的成本与分辨率也成正比。普通显示器分辨率如1024×768，用于办公文字是可以满足的。但是在低分辨下通过对软件处理来显示高分辨率影像时，需要对显示画面的内容做出改动，比如改变部分医学像素的内容，再通过对该像素周围的像素进行对比后，“生成” 新的像素，插入到显示画面中。

显然，这种改变显示内容的方式必然导致画面的“失真”。这样，也改变了医学影像显示的基本要求，所以，单从分辨率上来讲，不仅要选择医用显示器，还要根据不同的系统要选择不同的分辨率。

显示器的分辨率与图像本身的分辨率有很密切的关系。适当的选择显示器的分辨率能有效的减低显示器的购置成本。一般图像的分辨率如下：

1）心血管造影、数字胃肠机：1024X1024(单幅图像)，加上菜单为1280X1024

2）MRI：256X256或512X512(单幅图像)

3）CT：512X512或1024X1024(单幅图像)

4）DR/CR：5百万以上(单幅图像)

以DSA、CT、MRI而言，显示单幅图像只需要1280X1024分辨率的显示器即可满足需要。但若要观看多幅图像，如CT 3X4或4X5的多幅图像，分辨率达1536X2048及2048X2560。此时就需要较高分辨率的显示器，如三百万或五百万像素的显示器。

DR图像的分辨率通常都超过五百万像素，最好使用如三百万或五百万像素的显示器。以上配置选择是针对放射科医生做图像诊断使用的，而一般临床观察可适当的减低分辨率如一百万像素或二百万像素以节省成本。

显示器的分辨率要和影像设备的分辨率相匹配。显示器的分辨率应该接近于影像设备的分辨率。显示器的分辨率过高，会造成假信息过多影响诊断(马赛克效应)；显示器的分辨率过低，会造成信息丢失影响诊断。

04

响应时间

响应时间，是指显示器对输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间，通常都是以毫秒(ms)来计算。

响应时一般说来分为两个部分—Rising(上升时间)和Falling(下降时间)，而我们所说的响应时间指的就是两者之和。人眼存在“视觉残留”的现象，也就是运动画面在人脑中会形成短暂的印象，人能够接受的画面显示速度一般为24帧/秒，这也是电影24帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。

按照这一标准计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。根据液晶的实际使用情况，响应时间：30ms(1/0.03=33.3帧/秒)，还是会出现拖尾现象，不适合动态医疗影像的实时播放。响应时间在25ms以下(1/0.025=40帧/秒)可以满足临床心血管DSA的实时播放。

在医用显示器的选配上，CR、DR静态影像对响应时间无过高要求。但是在播放动态影像的系统配置时，如心血管机和数字胃肠机，就要首选响应时间在25ms以下的医用显示器。

05

显示器尺寸

医用显示器的尺寸与分辨率有连带关系。分辨率愈高，尺寸愈大，但并不成正比关系。生产厂在制造时已考虑到和胶片接近一致性的尺寸了。

06

横屏及竖屏

关于显示器是选择横屏或竖屏的问题，并无一定的标准或规定。放射图像有横有竖，须视图像而定。最好选择横、竖可调整的液晶显示器。

07

稳定性、一致性和整体性

1、稳定性

相对于普通显示器，医用灰阶显示器的价格较为昂贵，我们希望使用寿命能在5年以上。不论是CRT显示器或LCD显示器，亮度都会随着时间而衰减。

一般显示器寿命的定义是当亮度衰减到最大亮度的50%的时间。以液晶显示器而言，时间大约是30,000小时~50,000小时。即使在使用寿命时间内，亮度并不是每天都相同的。所以隔一段时间(大约三个月到六个月)，显示器必须要做亮度及灰阶的校正，以保证显示器的一致性。

如果显示器数量很多,工作量也是相当大的。较先进的显示器内部有传感器，能侦测显示器的亮度变化而自动调整，使显示器在使用寿命内能随时保持亮度稳定。

此外，液晶显示器的亮度会随温度不同而改变，在刚开机时，亮度不会立刻达到设定的亮度，大约经过20–30分钟后才会达到适合作诊断的亮度。有时，医生常因其他事务而停止使用，一段时间后屏幕保护就会启动，显示器电源关闭，这对延长显示器寿命是有好处的。但，当使用者再度开始使用显示器时，显示器又处于刚开机状态，又须等待20–30分钟预热时机。如此一来，使用上相当不方便。若关闭屏幕保护，又降低使用寿命。因此，鱼与熊掌，不可兼得。

2、一致性和整体性

一致性：指隔了一段时间，同一图像其显示质量还是一样，犹如看同一张胶片一样。

整体性：指在医院不同地点的工作站上显示的同一图像，其亮度、灰度、对比度等是完全一样的。

“

在远程医疗设备中，显示器的使用是非常广泛且重要的，各种监测设备都有形形色色的显示器，方便医护人员可以方便快捷的查看病患的各种生命体征和监测结果，这些显示器有些是需要固定，在使用中也是需要格外注意的，有些是随时根据设备放置的区位改变角度的。索斯科推出的显示器支臂，完美符合这项标准。

”

AV-倾斜，旋转式屏幕支臂（K系列）