遼寧省檢驗檢測認證中心 （遼寧 沈陽 110036）

內(nèi)容提要： 簡要介紹手持式醫(yī)用顯示器，對手持式醫(yī)用顯示系統(tǒng)與傳統(tǒng)醫(yī)用顯示器進行對比分析，并討論了手持式醫(yī)用顯示器性能評價方法。通過對比，了解其使用局限性，為實現(xiàn)高質(zhì)量的患者護理服務，確保設備的安全使用提供指導。

智能手機和平板電腦等移動設備已得到廣泛應用。通過移動客戶端更加快速便捷地訪問患者影像，可推廣移動式設備在各種醫(yī)療環(huán)境中的使用。醫(yī)生可能會在訪問或不訪問先前檢查、報告或其他臨床數(shù)據(jù)的情況下，使用手持式設備對檢查作出初步判讀。專業(yè)醫(yī)療人員可以將手持式設備用于術前或術中成像、介入顯像、介入手術期間的引導、訪問以前的檢查。此外，醫(yī)護人員還可使用手持式設備觀察最終檢查與報告，以幫助規(guī)劃療程，開展會診以及進行住院醫(yī)師培訓。

1.手持式顯示技術概述

隨著移動顯示解決方案日益增多，移動平臺加快創(chuàng)新步伐，以及這些解決方案對公共衛(wèi)生帶來了潛在利益與風險，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）發(fā)布了一份指導文件，明確規(guī)定移動應用程序在哪些情況下應被視為醫(yī)療器械。近年來，包括手機和平板電腦在內(nèi)的手持式設備已經(jīng)非常普遍，還被提出作為醫(yī)學成像解決方案的組件，尤其是需要立即會診的急診醫(yī)學領域。

隨著液晶顯示器技術不斷進步，其電能利用效率得到提高，而且在明亮環(huán)境光下的對比度可視性也得到了提高。但顯示技術的一項重大創(chuàng)新是有機發(fā)光二極管（OLED）屏幕的出現(xiàn)，其占地面積較小、響應時間快速，能夠減少時間模糊。有機發(fā)光二極管醫(yī)用級顯示器于2012年首次推出。有機發(fā)光二極管顯示器無需背光即可工作，可以實現(xiàn)深黑電平并讓設備變得更薄更輕；在低環(huán)境光下，有機發(fā)光二極管屏幕可以實現(xiàn)比液晶顯示器更高的對比度；與液晶顯示器相比，上述技術的觀察角度通常更廣。設備的觀察角度是指其在偏離正常觀察方向上保持給定對比度的能力。有機發(fā)光二極管像素即使在觀察角度較廣的情況下也可以實現(xiàn)更高的色彩保真度。此外，有機發(fā)光二極管可以制成輕薄、透明、柔性、可折疊的筒狀設備，從而使其有可能用于各種可穿戴設備配備的顯示器中。大多數(shù)手持式顯示器包含至少一個環(huán)境光傳感器（ALS），也稱為照明傳感器、光傳感器或光纖傳感器。ALS能夠自動控制各種照明條件下（從黑暗到陽光直射）的背光亮度。憑借ALS，微控制器處理器可以根據(jù)環(huán)境照明來增加或降低顯示器亮度。

2.手持式顯示設備與傳統(tǒng)設備的區(qū)別

手持式設備在操作方面的差異包括可變環(huán)境照明、圖像尺寸和分辨率、移動、觸摸、校準問題、連接性及影像壓縮。手持式硬件由于其尺寸、重量和功率受限會限制計算和內(nèi)存資源。

2.1 可變環(huán)境照明

手持式顯示器的環(huán)境照明條件與傳統(tǒng)醫(yī)用顯示器的標準觀察條件可能存在較大差別。手持式設備的移動不受限制，即意味著其可在各種照明條件下使用：從黑夜到白晝。這種巨大的可變性不僅會挑戰(zhàn)顯示器技術保持其性能特性的能力，而且還會影響人類視覺系統(tǒng)（HVS）對所顯示影像的感知方式。由于手持式設備具有高反射率特性，因此在使用者從黑暗區(qū)域移至環(huán)境照明較好的環(huán)境時，其性能會有所下降。圖1將手持式設備放在可模擬四種照明條件的照明條件下（從左到右）：無燈光、行業(yè)標準人造日光（D65）、典型商店環(huán)境（CWF）和白熾燈（家庭照明），反映了不同環(huán)境照明條件對影像質(zhì)量的影響。

由于使用手持式設備閱片時的環(huán)境光是不受控制的，在閱片過程中可能會發(fā)生變化，并且通常會包含明顯的鏡面（類似于鏡子）反射。因此在使用手持式設備前進行環(huán)境評估至關重要。即使不為實現(xiàn)理想的可視化效果，為了記錄閱片環(huán)境，也應在每次閱片時進行環(huán)境評估。

2.2 圖像尺寸和分辨率

雖然手持式設備的尺寸通常小于傳統(tǒng)醫(yī)用顯示器，但依然可以提供與300萬像素放射科顯示器類似的視覺體驗。即使是iPad mini，也能在7.9英寸顯示器上提供300萬像素分辨率，且其在24cm處的觀察效果與20英寸的醫(yī)用顯示器相當[1]。iPad Pro配有550萬像素13英寸顯示器（大約是標準乳腺X射線片的大?。?，所提供的胸部X射線片影像比標準300萬像素的顯示器更佳。盡管非Apple品牌的平板電腦傾向于使用16×9的長寬比，但其顯示器和分辨率相似于Apple品牌。

2.3 運動

顯示器的移動可能會嚴重阻礙影像評估的準確性與完整性。如果使用正在移動的顯示器，則幾乎無法實現(xiàn)全面的觀察。但是，只要拿著顯示器的人不動，就可以盡量減少顯示器的移動。正常的手眼反饋協(xié)調(diào)可使顯示器保持穩(wěn)定。顯示器能夠方便移動是手持式設備的重要特性。顯示器可易于傾斜，以避免眩光反射或某些明亮的背景照明。

2.4 觸摸

觸摸屏顯示器提供獨特的用戶界面。通過一系列常用手勢，可以獲得直觀的影像操作和強化功能。但是，所有手持式顯示器的玻璃表面均非常光滑，容易顯示出指紋和條紋。巧妙的用戶界面（UI）設計可以將影像顯示控件劃分到顯示器的一角或一側，有助于保持影像區(qū)域的清潔。為了使顯示器保持清晰以確保閱片不受阻礙，需要經(jīng)常進行例行清潔。即使使用精心設計的用戶界面，顯示器也會出現(xiàn)條紋，因為其他應用程序并不會具有相同的用戶界面設計。

圖1. 不同環(huán)境照明條件對影像質(zhì)量的影響

由于許多技術需要高折射率薄膜，因此添加觸摸屏通常會增加反射光線的數(shù)量。制造商可以通過抗反射涂層來部分減輕此種影響。但是使用者經(jīng)常在手持式設備上增加保護套，而這又影響了制造商在減少屏幕反射方面所做努力。

2.5 校準

大多數(shù)商用手持式顯示器在出廠時都已經(jīng)過校準，以在sRGB色彩空間中顯示影像。但是，它們不會像使用灰階標準顯示函數(shù)（GSDF）校準的醫(yī)用監(jiān)測器那樣顯示灰階影像。同樣，隨著醫(yī)療行業(yè)朝著標準化醫(yī)學影像色彩空間的方向發(fā)展，大多數(shù)已校準過的手持式設備都需要重新校準以匹配該色彩空間。由于操作系統(tǒng)軟件提供的訪問權限有限，因此手持式設備的校準過程較為復雜。

當前，軟件應用程序能夠進行自行校準，有時使用特殊的測試圖形，有時使用亮度計，有時使用交互式對比度調(diào)整。校準過程包括兩個步驟：特征化和校正。在手持式設備上，這兩個步驟均具有挑戰(zhàn)性。理想的特征化非常耗時，因為它要通過讀取液晶顯示器的每個驅動電平來解決電壓-光亮度函數(shù)的不連續(xù)性。但優(yōu)點是，這個過程只需執(zhí)行一次。液晶顯示器在使用壽命期間不會發(fā)生重大變化。設備需要進行全面而仔細的特征化征，將特征化數(shù)據(jù)存儲在設備或數(shù)據(jù)庫中（與設備唯一關聯(lián)）。這是獲得準確的顯示器校正的最佳方法。在已知特征化函數(shù)之后，可以很容易地將輸出調(diào)整為目標函數(shù)。但缺點是，GSDF目標函數(shù)取決于環(huán)境光和顯示器的特定環(huán)境反射率。大多數(shù)手持式顯示器具有光滑的反射表面和極低的漫反射環(huán)境反射。為了GSDF校準和以后解決鏡面反射，假定顯示器處于低環(huán)境光環(huán)境中可能會比較方便。漫反射背景的反射通常不可忽略，尤其是在高環(huán)境光環(huán)境中。通過查找表校正進行的DICOM GSDF校準可能會減少顯示的灰度級數(shù)量。此外，在使用全灰色漸變進行視覺檢查時，可能會將潛在的條帶問題變得更加明顯。

3.手持式醫(yī)用顯示器性能評估方法

許多用于傳統(tǒng)醫(yī)用顯示器評估的測試圖形都可以在手持式設備中使用。然而，由于手持式設備的屏幕較小，限制了可以觀察的細節(jié)數(shù)量。除了標準的質(zhì)量控制測試圖形，還可使用8位和10位的水平和垂直漸變來目視檢查灰階變化[2]?？梢允褂霉潭ǚ直媛誓繕耍ɡ?024×1024分辨率顯示器抽取的512×512測試方塊）來測試物理分辨率。TG18-LN或具有較大測試面積的等效測試圖形用于研究光亮度目標模型之間的亮度一致性。專業(yè)人員目測評估需要更詳細的灰階漸變和分辨率目標可使用TG18-QC測試圖形。另外，還可能需要單獨的測試圖形來評估壞點、均勻性和色域。這些評估應在受控照明環(huán)境中進行，以確保適用性和重現(xiàn)性。

顯示器影像質(zhì)量的量化評估可為其提供最詳細及重現(xiàn)性評估，同時還可以在發(fā)現(xiàn)設備性能不足時對其進行校準。顯示器的光學測量評估通常分為暗室測量值和環(huán)境測量值。暗室測量值確定顯示器的固有發(fā)射特性。影響顯示器影像質(zhì)量的屬性包括光亮度、色域、亮度均勻性、對比度以及與DICOM GSDF的偏差。由于某些顯示器技術會顯示光亮度負載效應，因此建議使用小于10%的平均像素等級測試圖形對設備性能進行測試。這將要求一次測量一個灰度級的灰階。通常還可以在暗室條件下測量運動偽影，同時使用1-D正弦黑白圖形（與IEC61988-2-4中使用類似）來測量靜態(tài)和動態(tài)影像的顯示器分辨率[3]。

由于移動顯示器上的感知影像可能會受到環(huán)境光照明環(huán)境的顯著影響，因此還需要評估照明環(huán)境對影像的影響。對于非透明顯示器，照明環(huán)境對感知影像的主要影響在于光如何反射到觀察者。這通常通過光度或光譜反射系數(shù)來表征。

4.小結

尺寸、分辨率、觀察距離甚至亮度并不是手持式影像觀察設備的重要問題。雖然可以通過觸摸屏界面來使影像區(qū)域沒有指紋和條紋，但由于顯示器可能因使用其他應用程序或僅因隨身攜帶而變臟，因此即使在最佳情況下，仍應要求放射科醫(yī)生在每次觀察之前清潔顯示器。鏡面反射可能是使用手持式設備所面臨的最關鍵問題。雖然顯示器可以通過傾斜（即使在閱片過程中）來避免眩光，但使用者需要注意存在破壞性反射的可能性。

手持式醫(yī)用顯示器應用前景廣闊。通過上述內(nèi)容的比較，可以發(fā)現(xiàn)在手持式設備上觀察醫(yī)學影像時，最主要的問題是顯示器本身是否能夠充分顯示必要的影像細節(jié)以及環(huán)境因素對影像質(zhì)量的影響。希望本文能對醫(yī)用顯示器的研究有所幫助，了解其使用局限性，為實現(xiàn)高質(zhì)量的患者護理服務，確保設備的安全使用提供指導。