“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定及显示视觉健康防护研究

邱学军，张小元，高嵩，钱志余，卢洁，宋红欣，林燕丹，郑惠娜，卢广文，唐斌，张磊，王连云

1.视觉与听觉健康产业技术创新联盟，北京100036；2.惠仁康宁（苏州）健康科技有限公司，江苏苏州215300；3.南京巨鲨显示科技有限公司，江苏南京210029；4.北京大学医学技术研究院，北京100191；5.南京航空航天大学生物医学工程系，江苏南京210016；6.首都医科大学宣武医院放射科，北京100053；7.首都医科大学附属北京同仁医院眼科医学视光中心，北京100176；8.复旦大学电光源研究所，上海200433；9.南方医科大学生物医学工程学院，广东广州510515

背景

医用显示器是目前所有医学影像诊断与治疗系统、远程会诊、医用机器人，以及医院信息化及医疗质量控制等极为重要的支撑性基础显示单元设备或部件之一，比普通民用显示器具有亮度、对比度高和稳定性、一致性好的特点，日常使用量很大。近几年来，超高清［4K（3 840×2 160,8M）、8K（7 680×4 320,32M）等］显示技术正在快速发展，而且各国包括我国都已把超高清显示产业技术列为重大战略新兴产业技术予以重点支持发展，并在各行业（包括医疗健康行业）领域得到快速的应用和发展［1-7］，医用显示器技术也在不断发展和迭代中，过去一些基于CRT、高清及全高清的技术规范标准已经不适应新的技术要求。

超高清显示的体验不仅是人眼视觉对色彩逼真的体验，而且带来更高的影像显示清晰度，以及亮度、对比度和定位测量等一系列关键技术性能质量的提升，这更加有利于医生、物理师及放射技师对疾病影像做出更清晰正确的判断，提高阅片诊断工作效率和影像诊疗精度。目前，超高清医用显示器作为一种新型显示器产品，已逐步广泛应用于医院医用显示诊断与治疗、远程会诊、手术直播与教学培训等应用场景。另外多模态影像同屏非压缩高分辨率显示与分屏对照分析诊断已经越来越成为超高清医用显示器技术的一大优势，也深受医生、物理师及放射技师的欢迎［6-7］。超高清医用显示技术必将改变现代数字诊疗技术及工程应用的面貌，促进我国医疗健康领域的升级发展。

根据工信部等发布的《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》［1］，到2022年及后续3～5年，各类超高清4K以上显示器将占据主导地位（预计约占90%以上），其他低分辨率显示器已经变得较少或者难以购买，可能技术维护是原因之一。因此必须尽早面向超高清显示技术市场来布局发展，顺势而为。

目前为止国内尚没有统一的医用显示器临床技术与应用评价标准。标准的缺失不利于产品研发及用户采购招标使用，急需制定相关技术标准。为了进一步推动医用显示器技术的发展和规范标准化应用，无论从技术发展角度，还是从市场应用角度，都非常需要以及有必要研究制定在超高清技术背景条件下的医用显示器技术规范及其测试方法这一国内行业标准［2,6-7］。此外，当前电子显示与人眼的视觉健康问题也越来越受重视，长时间、近距离、高亮度、高对比度观视医用显示器也会影响人眼的视觉健康，因此研究制定新的超高清医用显示器符合人眼显示视觉健康防护要求和相应的测试方法也是很有必要的［6-7］。

1 “超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定研究

1.1 本行业标准立项审批与工作组启动

2019年5月16日惠仁康宁（苏州）健康科技有限公司邱学军教授在中国电子学会生命电子学分会、中国生物医学工程学会医学物理分会支持下，联合中国电子技术标准化研究院数字技术研究中心、中关村视界裸眼立体信息产业联盟、北大医学部医学技术研究院和医用显示器企业等单位及专家，向工信部和国家音视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）提交“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准立项建议书和相关说明。2019年9月11日由惠仁康宁邱学军教授、北京大学医学部高嵩教授代表行标立项建议组，参加并通过工信部科技司、电子信息司组织的2019年第三批超高清视频国家/行业标准立项评审会专家答辩。2019年11月17日新组建的国家视觉与听觉健康产业技术创新联盟及中国医疗器械行业协会视觉与听觉健康产业技术分会，联合相关学会/协会提出重点支持“超高清医用显示器技术规范”行业标准制定研究及产业化推进研究。2019年12月11日工信部发布2019第三批行业标准制修订项目审批通过正式立项通知［2］，其中包括：2019-1105T-SJ“超高清医用显示器技术规范”行业标准推荐制定，该行业标准由工信部电子信息司和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）归口。

超高清医用显示器是基于国家超高清视频及商用显示技术发展的一个（医疗健康）行业应用，是整个国家超高清视频显示产业和标准体系中的一个重要应用领域［3］，也是当前基于民用超高清显示技术来发展医用显示技术并满足医学图像诊疗要求的必然发展趋势。

2020年7月20日克服疫情影响，SAC/TC242 标委会“超高清医用显示器技术规范”行业标准工作组正式批准成立。2020年7月24日下午召开“超高清医用显示器技术规范”行业标准工作组视频电话会议。2020年8月1日在上海首届《中国视听健康产业技术创新发展论坛》上，“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定及工作组宣布正式启动。本行业标准制定研究参加单位共45 家，其中：学会/协会/联盟机构7家，企业21家，院校研究机构（含医院）17 家，共51 名专家参加行标制定工作，包括组长：邱学军；副组长：范科峰、高嵩、钱志余、卢洁、宋红欣、张小元、张志刚、高维嵩、黄卫东；指导专家：李坤成、蔡葵、康雁、鲜军舫、李真林、吕发金、林燕丹、周智峰等；日常起草组：张磊（事务协调）、张小元、郑惠娜等20 多名企业及院校专家；秘书组：赵晓莺（标委会指导）、唐斌（负责）、王连云等。

1.2 与现有同类国际国内标准对比分析

本标准研究制定参考了国内行业标准SJ/T11292计算机用液晶显示器通用规范和YY/T 0910.1（等同转换IEC62563-1），国际标准IEC62563-1/-2:Medical electrical equipment-Medical image display systems-Part 1:Evaluationmethods、AAPM TG18:Assessment of display performance for medical imaging systems、AAPMTG270:Display quality assurance 等［8-13］，并覆盖上述标准对医用显示器的主要技术规范要求，同时在适用范围（涉及桌面、大屏、移动等平台医用显示器产品）、技术性能与功能及法规要求方面，提出在超高清显示技术条件下医用显示器新的技术性能参数的表达及测试方法，如有关超高清显示分辨率（≥4K）、亮度（≥500 cd/m2）、高广色域（100% NTSC 左右）和防蓝光辐射等显示视觉健康防护技术要求，以及黑白彩色转换、互联、触摸、医用显示接口功能和环保要求［6-7］。

1.3 本行业标准制定大纲目录及内容发布

本行业标准制定大纲目录包括［6-7］：

前言

1 范围

2 规范性引用文件

3 术语

4 要求

4.1 外观

4.2 安全

4.3 电磁兼容

4.4 能源效率

4.5 限用物质要求

4.6 功能

4.7 环境适应性

4.8 环境光照度

4.9 显示视觉健康防护

4.10 性能

5 试验方法

5.1 试验环境条件

5.2 外观

5.3 安全试验

5.4 电磁兼容

5.5 能源效率

5.6 限用物质检测

5.7 功能及接口测试

5.8 环境试验

5.9 环境光照度

5.10 显示视觉健康防护

5.11 性能试验

5.11.1 超高清分辨率

5.11.2 刷新率

5.11.3 尺寸

5.11.4 色域覆盖率

5.11.5 色彩一致性

5.11.6 色差

5.11.7 色彩位深

5.11.8 最大校准亮度Lmax'

5.11.9 最小校准亮度Lmin'

5.11.10 亮度比LR

这项发明是不是很厉害？更厉害的是，这个“开门神器”的设计者，是一个年仅13岁的少年——王振宇。他不仅是一名小小发明家，还是一个不折不扣的机器人迷。如果你问他最好的朋友是谁，他一定会眼里闪着光地告诉你：“我的好朋友是机器人。”

5.11.11 环境光比AR

5.11.12 可视角度

5.11.13 GSDF亮度响应偏差

5.11.14 亮度均匀性偏差LUDM

5.11.15灰阶色度偏差

5.11.16 灰阶色度均匀性偏差

5.11.17 图像质量

5.11.17.1 图像整体质量测试

5.11.17.2 反射测试

6.1 一般规定

6.2 检验分类

6.3 定型检验

6.4 逐批检验

附录A

附录B

参考文献

上述标准编制讨论、征求意见、专家评审、送审审批和发布具体流程，将按照国家行业标准制定规定程序实施推进，预计将在2021年6月前后正式发布该行业标准稿。期间将不定期举办行业标准制定研究学术研讨会，汇总专家意见，充实标准编制内容，以期使本行业标准制定研究达到既先进又适用的目的。

2 显示视觉健康防护研究与评价模型

显示视觉健康防护研究是上述“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准大纲目录的特色创新内容之一［6-7］，它是人类免受或少受电子显示设备光辐射危害的一门综合性边缘学科，其基本任务是保护使用电子显示设备的人员、公众的健康与安全。健康包括身体健康、心理健康等。显示视觉健康防护研究的主要内容包括：面向显示屏人眼观视的直接影响危害视网膜和干扰视觉脑功能区等的光辐射和神经诱导的辐照剂量学，以及防护标准、技术、评价和管理等。很显然，显示视觉健康防护研究属于非电离辐射（声、光、电、热、磁等辐射）防护研究范畴，是健康（或保健）物理学的一个重要研究分支。医学物理学中也包含有健康（或保健）物理学科（主要涉及电离辐射和非电离辐射防护研究）［14-18］。

超高清医用显示器，比以往医用显示器和普通民用显示器在分辨率、色域、亮度、对比度等方面的技术参数可能要高很多。医生、物理师及放射技师面临的超高清医用显示器的观视应用场景其特点是在长时间（每天至少4 h，通常要考虑6～8 h阅片操作诊疗时间）、近距离（离桌面显示屏约50 cm）、高亮度和高对比度条件下观视阅片或影像诊疗计划操作，因此理应要考虑评价研究这种长时间观视屏幕对人眼视网膜等可能产生的健康影响和危害程度。

目前针对（超高清）医用显示器的显示视觉健康防护研究内容尚为空白，也没有针对显示器的光辐射生物安全性评价标准可以参考。目前只有相近的基于LED照明灯和灯系统的国际/国家标准可以参考，也即CIE S 009:2002（GB/T 20145-2006）／IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等标准［19-21］。

IEC标准体系中涉及照明产品光生物危害的基础标准是IEC 62471标准，由于LED照明产品涉及LED的芯片、封装、模组及灯具等产品链，如果在各产品阶段都对LED照明产品进行人眼视网膜蓝光辐射危害评价，那将带来很多重复性的工作，也不必要，为此IEC技术委员会推出了新的技术报告IEC/TR 62778:2014，其目的是简化应用IEC 62471标准对LED光源及灯具的蓝光辐射危害进行评价。

人眼视网膜在长期蓝光辐射照射下会产生光化学损伤，形成光生物安全性伤害，这须避免或进行限制。CIE S 009:2002/IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等国际标准，规定了基于LED照明灯具的蓝光辐射危害限值，即如式（1）、式（2）所示的测试计算限值:

式中，光源的光谱辐亮度LB；Lλ(λ,t)为光谱辐射亮度，单位为W·m-2·sr-1·nm-1；B(λ)为蓝光危害光谱加权函数；Δλ为波长间隔，单位为nm；t为辐射持续时间，单位为s。根据上述计算公式，可得出蓝光辐射危害风险等级［含豁免（RG0）、低度危险（RG1）、中度危险（RG2）］限值表，通过对医用显示器测试结果计算，与危害风险等级限值表对比，可对该显示器危害等级进行评价。

需要提醒关注的是:（1）CIE S 009:2002/IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等国际标准，主要是面向照明灯具的光辐射生物安全性评价标准，还没有考虑医用显示器观视这一应用场景，直接引用还是有一些不确切之处，当然这需要后续进一步的创新开拓性研究和案例测试数据的支持；期望本行业标准工作组在医工结合、“产学研医检”结合专家合作机制下，尽快研究推出真正面向（超高清）医用显示器的显示视觉健康防护研究成果（包括相对科学的评价建模方法），并纳入到本次国家行业标准中，真正起到保障医务人员身心健康的实际作用。（2）早在2010年和2012年开始，邱学军曾两次主持承担北京市科委专项课题和国家科技支撑计划课题研究［22-24］，课题组参加单位多达8个，专家多达51名，主要研究立体电视机等3D立体视觉舒适度与健康评价标准研究，首次在国际国内系统性提出关于（由双目视差或多点视差等物理融合立体影像引起的）立体显示舒适度与健康评价标准的医工结合研究方案，并率先做了基于眼科生理和脑功能检测（MRI/fMRI/EEG/ERP等）的同步3D观视测试研究，先后有788例被试者进行试验测量和计算验证，得到了3D立体显示舒适度与健康评价的初步算法与规范性设计方法，取得了良好的测试验证与初步应用［25-26］，尽可能减少（由双目视差或多点视差等物理融合立体影像引起的）观视头晕不适等现象。但是并没有对2D/3D显示屏阵列背光光源的光辐射生物安全性深入评价研究。而本次超高清医用显示器行业标准研究，是针对2D平面的超高清医用显示器（LED阵列背光源下的LCD屏在高亮度、高对比度下）的光辐射生物安全性进行评价研究，与3D立体显示舒适度评价侧重有所不同。未来将适时对3D立体显示器进行类似的光辐射危害防护健康评价研究，而其测试计算方法改进和特别注意事项等与本文前述基本一致。

3 研究建议

通过本次“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定研究工作，形成有价值的基本建议如下:（1）应联合在国际国内具有优势的医学影像诊断与治疗、医用显示器设计制造、眼视光、光辐射生物安全、脑电检测和脑功能分子成像多模态分析、超高清视频与显示标准化研究等单位及相关专家，建立我国具有创新特色的超高清医用显示器技术与应用标准体系，尽快推出符合本行业标准和规模化研发生产要求的不同应用平台的超高清医用显示器关键设备与部件，加快产业化推广应用。通过医疗机构临床应用，建立起超高清医用显示器临床使用与质量控制规范。（2）整合学会/协会/联盟的力量，加快研究形成具有我国医工结合、“产学研医检”跨部门多学科结合特色的“超高清医用显示器技术规范”行业标准制定专家研究团队。（3）组建基于本行业标准的第三方标准计量与检验认证试验室平台，为开展基于该行业标准的超高清医用显示器产品及显示视觉健康防护等性能质量检测服务，保障我国超高清医用显示器基本质量要求和医学影像诊疗工作者的职业视觉健康防护要求，稳定发展超高清医用显示器产业链和供应链，取得较好的社会经济效益。

致谢：感谢支持本次行业标准制定研究的单位及专家，包括工信部电子信息司、科技司和中国电子技术标准化研究院及SAC/TC242标委会，以及国家视觉与听觉健康产业技术创新联盟及中国医疗器械行业协会视觉与听觉健康产业技术分会、中国电子学会生命电子学分会、中国生物医学工程学会医学物理分会和中国电子视像行业协会立体视像分会及其有关专家的支持，特别是SAC/TC242标委会标准专家范科峰主任、赵晓莺副秘书长，和国内医用显示器领军企业巨鲨王卫高工和国内大型工业显示企业京东方科技张志刚研究员、海信集团高维嵩高工、TCL华星光电黄卫东高工及高翔经理等企业专家的大力支持。