评价不同分辨率的单色液晶显示器对肺纹理显示质量的影响

软阅读模式下影像诊断的最终载体——显示器是PACS中一个重要的组成部分。单色液晶显示器与彩色显示器相比有较高的亮度,可拉伸图像的整体对比度,另外也拥有较高的空间分辨率,能够最大程度地显示原图像的真实数据;与阴极射线管显示器相比有较好的同向调制传递函数和较低的眩光,所以近两年倍受推崇。然而观察者从显示器上得到的信息量的多少并不单纯由其物理参数决定,还受到人类肉眼视觉系统的生理限制、诊断医师经验多少的限制等,需充分考虑人的因素。胸部影像诊断一直是影像诊断领域的重点和难点[1],由于解剖结构的自身特点,影像密度变化很大,包括了骨骼、众多重叠的软组织及大面积含气的肺组织,因此在诊断时需要仔细观察的内容比较多,其中肺纹理相对其他目标而言窄方向上比较细、所占像素比较少,显示时受显示器分辨率的影响更大,有资料显示1K医用显示器在发现细微的线性骨折方面不如2K的医用显示器[2],故我们猜测肺纹理的显示对显示器分辨率的依赖性同样很强。本试验结论可为医院放射科诊断显示器的合理配置提供参考依据,这在医疗资金投入不足而又要保证诊断准确率的情况下显的尤为重要!

1 资料和方法

1.1 试验器材和仪器 影像诊断工作站3台,对应3台单色液晶显示器的性能指标见表1。为了实现图像显示一致性的要求,3种显示器都进行了基于Barten模型的DICOM校正,且使用同样的图像阅读软件(东软Neusoft研发),该软件会将图像密度分辨率的210位灰阶降低为28位进行显示,同时由于胸部影像图空间分辨率基本为7MP左右,大于显示器的显示矩阵,该软件还会对图像横向和纵向的数据进行双线性插值压缩显示。所有显示器均调至最适宜读图亮度——500cd/m2,且距离地板的高度相仿。DR系统为Kodak公司的DR 7500,投照条件为115kV、2.0～2.5m As,物片距为180cm,探测器的像素点距为143μm;CT为Philips公司的Brilliance 64层CT,扫描参数为120kV、150～180m A,螺距为1.1,层厚和间隔均为3mm;采用室内正常的荧光灯照明(由于该试验均在中国医大附属盛京医院阅片室内开展,从而保证了同一环境照度)。

表1 3种医用单色液晶显示器的性能指标

1.2 病例资料的选择 仍然使用为了评价上述3种不同分辨率的单色液晶显示器对肺结节检出效能的影响[9]而选取的93幅DR影像图:38例经CT证实含结节的影像图;32例DR疑似有结节,但CT证实无结节或证实为淡片状炎症的影像图,其中淡片状炎症6例,26例在CT上无任何病灶表现;余23例为DR和CT均无结节表现的影像图。所选病例女38例,男55例;年龄为4.0～76.0岁,平均(49.4±20.2)岁,中位年龄54.0岁。

1.3 实验操作方法 放射科高年资(主任或副主任)、中年资(主治)、低年资(住院医师或实习研究生)医师各3名参与读图,其中高年资医师工作年限分别为38.0、20.0和14.0年,中年资医师为11.0、11.0和13.0年,低年资医师为1.0、1.5、2.0年,所有医师的矫正视力均在1.0以上。以上9名医师不含前期参与病例资料选取的人员,且是放射科内同年资医师中日常工作状态比较稳定的。9名医师分别在3种单色液晶显示器上集中进行3次独立读图,每次读图期间医师顺序、显示器类型顺序、病例样本顺序均为随机排列,且每位医师连续两次读图的时间间隔在1周以上,主要目的是消除同一医师两次读图期间学习的相互影响。医师读图不限时、不限制使用图像后处理工具,尽量与平时实际工作条件相同。图像后处理是影像诊断过程中一个非常自然的行为,只有这样才能将数字影像诊断的潜能完全挖掘出来,故本研究不考虑限制使用后处理工具的情况[4]。

每次在医师正式读图之前,先随机挑选几个病例进行预实验,使得每个参与者熟悉该实验的评分方法和原则[3](相当于医师的学习、记忆和积累经验阶段)。对于右肺中上野(以右肺门上缘为界限)纹理显示质量优劣的评判采用3等分法[4,8]:优、良、差(表2),之所以选择右肺中上野作为重点观察区域是考虑到该处纹理的显示质量受患者在拍摄时是否能屏住呼吸影响较小。每位观察者给出每幅影像图在特定显示器上表现出的相应等级的分数。

1.4 读图数据处理 统计分析前对采集到的2 511个数据做如下预处理:分别计算2MP、3MP、5MP显示器上各同年资医师的平均分,下一步就用该些平均评分进行统计分析。不同年资的医师在不同分辨率的显示器上观测右肺中上野纹理显示质量的结果的比较采用配对样本的t检验(为双侧检验,P＜0.05表示有显著性差异)。

表2 肺纹理3等分法的影像表现

2 结果

不同年资的医师在不同分辨率的显示器上观测右肺中上野纹理显示质量的统计结果如表3、4所示。

同年资医师在不同分辨率的显示器上观测右肺中上野纹理的显示质量时,差异均无统计学意义(P均＞0.05);在2MP或3MP显示器上不同年资的医师对肺纹理显示质量的识读结果比较差异无统计学意义(P均＞0.05),而在5MP显示器上高、低年资医师之间的P为0.038,高、中年资医师之间的 P为0.004,有显著性差异,其他比较差异无统计学意义。

表3 同年资医师在不同分辨率的显示器上判读肺纹理显示质量的统计结果

表4 不同年资医师在同分辨率的显示器上判读肺纹理显示质量的统计结果

3 讨论

挑选合适空间分辨率的显示器时应充分考虑图像本身的采样分辨率,无论在低分辨率的显示器上显示高分辨率的图像还是在高分辨率的显示器上全屏幕显示低分辨率的图像都会通过软件处理来对画面的数据进行改动[5]。由于胸部DR影像图的分辨率比较大,一般都＞5MP,所以应尽量挑选分辨率比较高的显示器,以便最大程度地显示影像本身的原有数据,使得显示效果尽量接近实际效果。美国计算机在放射学中的应用学会(the Society for Computer App lication in Radiology)建议凡以基本诊断为目的的影像工作站,其监视器应为肖像型,分辨率不得少于2K ×2K[6]。我国PACS起步较晚,诊断的准确性一直未引起放射学界的足够重视,处于经济方面的考虑,不少医院盲目采用空间分辨率1024×1280或1024× 768的显示器,殊不知这要冒降低诊断精度的风险。

实验结果表明,在5MP显示器上观测肺纹理的显示质量时,高和中年资、高和低年资医师之间有显著性差异,而前个实验[9]证实在5M P显示器上检测肺结节时高和中年资、高和低年资医师之间检出效能比较差异却无统计学意义,其实两者并不矛盾,主要因为肺纹理相对结节而言,较窄方向上比较细,所占像素比较少,显示软件在计算显示矩阵时有可能将这几个像素丢掉,造成显示效果不能真实反映图像采样数据,换言之肺纹理的显示受显示器分辨率的影响则更大。

就纹理显示质量而言,除在5MP显示器上高和中年资医师、高和低年资医师之间比较存在显著性差异外,其他均无统计学意义。笔者认为胸部影像图在低、中分辨率的显示器上整体显示质量较差,限制了高年资医师经验能力的发挥,造成了高、中、低年资医师之间差异无统计学意义,而5MP显示器比3MP、2MP能更大程度地显示原图像的真实数据(实际工作中在2MP显示器上显示成人胸部DR影像图时一般只用到图像真正采样数据的27%左右,而在5MP显示器上可以达到70%左右),提高了信噪比,此时高年资医师观察时会得到更多的信息,这也说明高年资医师只有在图像充分显示时才能发挥其经验作用。

单色液晶显示器由于分辨率不同而价格差异很大(以Barco品牌为例,2009年4月Barco Z-2261报价约为4万人民币/台,Barco Z-3620约为8万人民币/台,而Barco Z-5620约为17万人民币/台),在医疗资金投入不足的情况下中、小医院根本没有能力完全使用高分辨率的显示器,而且实验证实低、中年资的医师也没必要使用高分辨率的显示器。对于影像科单色显示器的配置而言,完全可以采用高、中和低分辨率显示器相结合的原则,低和中年资医师可以使用3MP或2MP显示器完成初审报告,而高年资的审核医师是保证影像诊断质量的最后关口且其在高分辨率的显示器上能得到最多的细节信息,所以应用5MP显示器修定、发布报告,完成终审,这样既不会降低放射科影像诊断最终出口的准确率,又节省了成本,提高了性价比,这也体现了本实验的临床实际指导价值。本院就采取如此配置方案,实践证实该方案可行且高效。

实验中并没有涉及单色液晶显示器的观察视角问题,由于液晶显示器和CRT显示器的成像原理不同,它们在视角上的要求也不同,其中液晶显示器的要求更为苛刻。实际上,当脱离正常的观察视角30°时就会丢失显示器30%的亮度[7]。在该实验过程中我们只是强调观察视线应尽量和显示器的屏幕保持垂直,之所以没有进行严格控制,一是因为控制起来比较麻烦和复杂,不可能在实验中去测量和纠正每个观测者的视角,二是笔者认为各个医师会自发地正确校正视角问题,从而不会给实验带来太大的影响。观察视角问题对影像识读是否有影响、具体有多大影响还需要进一步证实。

[1] Oschatz E,Prokop M,Scharitzer M,et al.Com parison of liquid crystal versus cathode ray tube disp lay for the detection of simulated chest lesion.Eur Radiol,2005,15 (7):1472.

[2] AJWilson,JC H odge.Digitized radiographs in skeletal trauma:a performance comparison betw een a digital w orkstation and the original film images.Radiology, 1995,196(2):565.

[3] 段刚,徐传达,陈卫国,等.隐蔽的肺部小结节病灶的X线诊断传统与数字化摄影的ROC评价.中国临床解剖学杂志,2003,21(3):384.

[4] 吴杰,王学建,王波,等.不同显示矩阵影像诊断工作站识读肺部小结节的初步研究.中华放射学杂志,2004,38 (3):295.

[5] 刚萨雷斯.数字图像处理(第2版).北京:电子工业出版社,2003.

[6] Partan G,Mayrhofer R,U rban M,et al.Diagnostic performance of liquid crystal and cathode-ray-tubemonitors in brain computed tomography.Eur Radiol,2003,13 (10):2397.

[7] 陈冠雄.医用显示器的工作原理、选择及维护.中国医疗器械信息,2004,5:32.

[8] 何强,朱纯生,郑晓林,等.CR胸部床边X线摄影的质量分析.南方医科大学学报,2008,28(12):2290.

[9] 尹建东,郭启勇,张伟.不同分辨率单色显示器对数字化X线成像肺结节检出效能的评价.中华放射学杂志, 2009,43(3):290.