PACS系统显示性能对诊断质量的影响评价

阅读【 370】 日期【 2020-04-23】

        随着医学影像技术的全面数字化及PACS系统的推广应用，影像识读正经历由传统的胶片和灯箱为主的硬拷贝阅读模式向以计算机和显示器为主的软拷贝阅读模式的转变。软阅读是指在工作站图像显示屏上观察影像，以各种类型的医用显示器为介质进行疾病诊断的方式，它是解决数字化放射科实施进程中大量的多模态三维乃至四维图像的识读、提高诊断质量的有效途径。PACS显示工作站是PACS系统中数据流的最后一环。显示性能的好坏对诊断质量有着极其重要的影响。

        1.显示性能参量及其对影像诊断质量的影响

        1．1亮度

        显示器亮度是用来表征CRT发出的可见光的数量，对影像识读效果会产生直接的影响。显示越明亮的图像能够产生的动态范围就越大，使识读者在图像中分辨更多的色调。如果最大亮度不足，则相邻色调不能分辨，产生信息丢失。人眼进行图像分辨的主要参数为：①物体与背景的亮度差；②人眼检测细节的能力(即视觉灵敏度)。前者可用恰能分辨的亮度差(Just Noticeable Difference，JND)量度。分析证明，在一定视觉灵敏度下，背景亮度越高，JND也越大；背景亮度太小，则医生不习惯且更易受环境影响；人眼检测细节的能力对骨小梁结构观察及细小的骨质病变的发现至关重要，而分辨亮度差的能力对检测如肺小结节等软组织的微小差异很关键。因此应在分辨细节、背景亮度及绝对亮度差这三个参量之间综合考虑。

        国外已有关于显示器亮度对影像诊断影响方面的研究。在对高、低密度(density，D)的X线照片经扫描仪数字化后．采用物理测量与临床识读两种实验方案，分别在两档度(1ightness，L)的CRT上进行识读，并进行统计学处理，结果发现：①CRT亮度L的变化对低密度片的影响小，对高密度片的影响大，L随D的增大而迅速衰减；②作为显示终端，CRT在高亮度状态比低亮度状态下的动态范围宽，更有利于临床阅片；③CRT不适于识读密度D>1．5的x线片；确需对D>1．5的高密度X线片影像(如肺野)作出诊断时，建议作进一步的处理(如调节窗宽、窗位等)，以保证诊断质量。

        1．2分辨率

        显示器的分辨率是影响影像识读质量最重要的因素。欧美国家的放射医生早已着手对CRT软拷贝读片与普通X线胶片读片进行对比研究，目前在主要方面已经取得了基本共识，即乳房照相至(4096x4096×12)bit，对于微钙化灶簇或对比度低的乳腺肿瘤则要求高达(6144×6144×12)bit，X线胸片或CR至少(2048 X2048×12)bit，观察气胸和肺间质异常或骨骼的细微裂纹则需要(4096×4096×12)bit，CT和MRI为(512 X 512×12)bit，血管造影(静态像)(1024 X 1024×8)bit，B超(冻结像(512×512×8)bit，核医学(256×256×8)bit。各国医院都参照这个要求来装备PACS系统。美国“计算机在放射学中的应用学会”建议凡以基本诊断为目的的影像诊断工作站，其显示器应为肖像型，分辨率至少为2．Ok×2．Ok，亮度达到50几，数目以2“台为宜。如果完全按照这样的标准来配置影像诊断工作站，其费用国内外大部分医院都难以承受。利用有限资金实现高质量的数字化影像诊断，是目前的研究热点。已有研究结果显示在部分领域可用较低分辨率的显示器替代高分辨率显示器达到同样的诊断效能阻I。如：GrM和Kim等[9．101用】k和2k的显示器对照研究分辨率的差别是否会影响观察者对肺部微结节和泌尿系小结石的精细诊断，结果他们认为用lk的显示器，尤其是在影像后处理时应用放大功能不会影响诊断的准确性，可以满足诊断要求；吴杰等141的试验结果也显示。通过对不同显示矩阵的观片系统的合理配置，应用调节窗宽、窗位和4倍放大功能可明显提高分辨率。可获得较好的性价比，并保证诊断准确性。但是，在1998年的北美放射学会(RSNA)年会上，美国Beth Isreak医疗中心介绍了他们用(2048 X 2560×12)bit肖像型高分辨率显示器与普通(1024×768×8)bit但可放大l倍的风景型显示器对80例疑有肺病患者进行的对比研究结果显示，虽然理论上lk显示器放大l倍其分辨率与2k相当，但实际上，由于放大结果只显示图像的一部分，信噪比降低，很难避免漏诊。因此，仍需通过大量研究逐步寻找和验证替代的适用领域。

        1．3表面清洁度

        显示器屏幕上长期积累的灰尘、指印、墨水及笔痕等都将影响工作站的显示性能。屏幕上的各种脏物会降低显示器的亮度输出，亮度减少最多可达10％。因此，医用显示器屏幕必须定期清理干净，清洁时要用专用的清洁液和软布。清洁液不能直接喷在屏幕上，要先喷在软布上，然后再用软布小心地从屏幕中心向外擦拭。不能用酒精之类的化学溶液或者粗糙的布、纸之类的物品来擦拭显示屏，以免损害显示器表面防反光及眩光的特殊涂层，进而降低图像中目标的对比度。

        1．4环境照度

        阅片室的光照度——环境照度(Illumination in ReadingRoom，IRR)非常重要，国内外的文献报道都证实IRR对在观片灯下识读影像有一定的影响”棚。但是对于软阅读模式下的IRR的研究，相关文献报道较少。国内宋少娟嘲测试了IRR对用CRT显示器识读CR影像信息的影响，发现IRR的光线干扰使CRT影像的对比度降低，使识读者获得的影像信息减少，而且不同的IRR，从CRT显示器上获得的影像信息量及影像对比度降低的程度也不同，推荐在CRT显示器上识读CR影像时IRR值在40～lOOLx左右为宜，并且只有在lOOLx的条件下识读时获得的影像信息量最大。吴杰嗍等的试验也指出：在软拷贝影像识读时，应尽可能使IRR最小化；但IRR对观察者识读影像细节的能力并无显著影响。另外，CRT显示器与LCD显示器对IRR的要求是不一样的。CRT显示器要求在比较暗的环境下读片，LCD显示器可以在正常的普通光照条件下读片。

        2.显示性能参量的选择对影像诊断质量影响的评价方法

        各种因素对识读数字影像进行诊断的影响的评价，是医学影像诊断质量控制的重要方面，通常采用观察者操作特性(ReceiverOperating Characteristic。ROC)曲线法。它是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析和评价的方法，也就是用数量来表示识别影像中微小信号的能力，可以对主观评价以定量的方式进行表述。随着影像成像技术的快速发展，图像质量越来越高，各种诊断方法应用越来越广泛。采用ROC曲线分析方法，可以对各种成像技术、诊断方法的效能作出客观、准确的评价；可以比较成像设备对某种病变的检出能力的高低，评价诊断医师的能力；可以提高医学影像研究的准确性和可靠性，增加放射学论文的科学性，对影像诊断帮助极大，因此越来越受到医学影像工作者的重视。经过许多学者的研究、实践。特别是在对X线胸片中肺部异常(如肺结节等)进行大量研究分析(即真阳性检出率和假阴性检出率的变化函数图)后，证明该方法严密科学、可信度高。ROC曲线法现已成为影像检查技术和影像诊断方法对照研究的客观标准阿。

        3 .PACS诊断工作站显示器的配置方案

        PACS的显示器尺寸应尽可能大，最好在2l寸以上．这样可较完整地显示PACS影像，而且显示的影像大小与胶片上的尺寸相差不多。对于CT、MR、DSA、数字胃肠图像等影像用一般的风景型横屏显示器就可很好的显示多幅影像；而对于CR、DR等X光影像，大多需要竖着观看，因此最好各波形元素的幅度和时间间隔标称值。幅度标称值包括：P、Q、R(s)、T波幅度和sT段电平；时间间隔标称值包括：P、Q、R(s)、T波和QIts组合波的波宽，RR、Pq(PR)、qT、Qmn缸、TP、QR间期嘲。检定时，通过比较ECG测试信号的幅度一时间参数的测量值与标准值之差来确定每个通道的测量误差，误差值必须在检定规程要求之内。

        4.频率响应

        数字心电图机输入相同幅值信号时，其输出信号幅度随频率变化的关系称为频率响应。心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的频率响应。依据谐波分析，心电图波形可以分解为若干不同频率、不同幅度的正弦谐波。在一定的频率范围之内，放大器对不同频率的正弦信号会稳定响应，增加灵敏度不会引起心电波形畸变，而在此范围之外就会有灵敏度下降的现象。数字心电图机较之于传统心电图机H，由于采用了计算机数字化采集和处理技术，配置了精密热阵记录器，其频响范围能提高到0．01—150Hz。

        5.时间常数

        当有直流信号输入时，心电图机的输出幅度从100％下降到37％左右所需的时间，称为时间常数。时间常数与心电图的振幅下降速率有关，时间越长幅值下降越慢。时间常数反映心电放大器低频特性的好坏，数值过小，输出幅度就下降很快，使波形失真，甚至当输入方波信号时，输出会变成尖脉冲；数值越大表示低频响应越好，但过大时基线稳定性下降，心电图机的时间常数一般都大于1．5s，要求不小于3．2s。