医学影像显示系统亮度特性的评价分析(2)
表3 亮度特性评价符合标准的显示器数量(台)全部符合优秀 15 23 29 30 17 8良好 15 30 30 30 22 13等级综合测试最大亮度亮度比亮度均匀性亮度响应误差
(1)综合测试:处于“良好”指标以下的共15台显示器,其中8台不能分辨1个亮度块,7台不能分辨2个亮度块,2台不能辨认95%亮度块,2台不能辨认5%亮度块。不同类别的显示器在主观判断指标上没有显著性差异(K-S非参数检验P=0.0706)。
(2)最大亮度:平均为307.77 cd/m2,标准差为12.05 cd/m2,不同种类显示器之间有显著性差异(K-S非参数检验,P=0.048)(图1a)。最大亮度与显 示器的使用时间分布情况,见图1b,最大亮度与使用时间与存在显著性差异(K-S非参数检验,P=0.01),但使用2年以内的显示器无显著差异(t检验,P=0.41)。
(3)亮度均匀性与亮度比:亮度均匀性平均值为14.76,标准差为6.26,各类别之间无显著差异(K-S非参数检验,P=0.51),见图1c;亮度比平均值680.81,标准差为268.71,各类别之间有显著差异(K-S非参数检验,P=0.048),见图 1d。
图1 亮度特性测试结果注:a.最大亮度测试结果;b.最大亮度与使用时间的关系;c.亮度比测试结果;d.亮度均匀性测试结果。
(4)亮度响应的符合度测试:与标准DICOM响应曲线相比,被测显示器有22台符合DICOM曲线,偏差平均值为-2.89%,最大值100%,标准差22.7%,8台不符合DICOM曲线。不同类型显示器之间亮度响应偏差存在显著差异(K-S非参数 检验,P=0.049)。亮度响应曲线所呈现出来的特征,见图2。
2.2 环境光对亮度响应特性的影响
不同照度等级校正前后的显示器亮度响应偏差,见表4。校正前的亮度响应曲线,见图3。校正前亮度响应偏差有显著性差异(单因素方差分析,P<0.0001),校正后亮度响应偏差无显著差异(单因素方差分析,P=0.95)。
表4 显示器在不同照度下的亮度响应偏差校正后平均偏差 (%)暗室 0 -1.48 -0.71——低照度 100 -19.2 -7.8 -1.51 -0.79中等照度 500 -44.6 -29.1 -1.52 -0.78强照度 1000 -48.6 -32.6 -2.16 -0.91照度等级环境照度 (lux)校正前最大偏差 (%)校正前平均偏差 (%)校正后最大偏差 (%)
图3 环境光对显示器灰度特性的影响
2.3 阅片舒适度
图2 亮度响应曲线注:a.误差小于15%,符合DICOM标准;b.误差小于±15%,符合DICOM标准,高亮度区对应的JND偏低;c.误差超出±15%,小于±30%;d.误差偏离标准,高亮度区饱和失真;e.误差偏离标准,实测为CIE亮度响应曲线;f.误差偏离标准,实测为Gamma 2.14亮度响应曲线。
表5 最佳阅读环境的主观测试工作环境 FDA推荐亮度范围 (lux)测试环境亮度 (lux)认为最佳亮度的人数 [人 (%)] 95%置信区间 (%)临床工作站 200~250 220 2 (4.92) 13.70~1.02办公室 50~180 62 6 (17.70) 31.84~10.60 CT/MR诊断 15~60 24 18 (59.01) 71.45~45.68 X射线诊断 2~10 8 5 (16.39) 28.09~8.15
按照FDA推荐的医疗环境的工作亮度[1],在预设的4种亮度环境下对阅片的舒适度进行了测试,结果见表%的测试人员认为环境亮度为24 lux时,阅读图像是最舒适的,该亮度属于CT/MRI诊断的亮度环境。但在默认的工作环境中,环境照度实测值为150~220 lux。
3 讨论
3.1 显示器亮度特性差别较大
达到“优秀”指标的显示器数量只占26%的主要原因在于综合测试以及亮度响应测试不达标。亮度综合测试中,造成不能有效分辨全部亮度块及其内部细节的一方面原因是由于显示器的本身质量,尤其是液晶显示器选用的面板达不到标准造成的;另一方面是由于显示器在长期使用过程中,最大亮度出现了衰减,造成没有足够的亮度来分辨灰阶。亮度响应测试中,8台呈现了非DICOM特性曲线,主要来源于设备操作及后处理用显示器。应用这类显示器进行操作,会造成影像细节显示的偏差。例如用Gamma 2.2曲线进行影像处理及胶片打印,由于该曲线在低亮度区的会压缩灰阶的层次,操作者会因感觉图像在低亮度区的细节显示不清,通过调整窗宽窗位以适应观察需要。但如果将调整后的图像发送到PACS,用DICOM标准显示器进行阅读或胶片打印机进行打印,会因为曲线的不匹配造成亮度过高甚至出现饱和。所以AAPM标准指出,这类显示器因为需要给后续的诊断提供标准图像,因此在亮度响应上要求达到“优秀”。5台显示器的亮度响应虽然符合DICOM曲线,误差超过±15%,原因是没有在其默认工作环境的照度下进行校正。
显示器同其它医学影像设备的一样,需要定期进行检测和校准,而不是在不显示图像时才进行维修。不符合DICOM亮度响应标准的显示器应用于医学影像流程的各个环节在是普遍现象,主要原因在于标准控制不严格[16]。对于专业的医学影像用显示器,有自带亮度探测系统的,可以依据背光亮度及环境照度进行校准,这些显示器在测试中表现出了较好的性能。没有自带校准系统的显示器,则需要通过本实验所需步骤进行定期的检验和校准,以保证显示器在良好的状态下运行。对那些经过校准还是不能达标的显示器,应考虑维修或更换。
文章来源:《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0308/408.html