“超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準制定及顯示視覺健康防護研究

邱學軍，張小元，高嵩，錢志余，盧潔，宋紅欣，林燕丹，鄭惠娜，盧廣文，唐斌，張磊，王連云

1.視覺與聽覺健康產業技術創新聯盟，北京100036；2.惠仁康寧（蘇州）健康科技有限公司，江蘇蘇州215300；3.南京巨鯊顯示科技有限公司，江蘇南京210029；4.北京大學醫學技術研究院，北京100191；5.南京航空航天大學生物醫學工程系，江蘇南京210016；6.首都醫科大學宣武醫院放射科，北京100053；7.首都醫科大學附屬北京同仁醫院眼科醫學視光中心，北京100176；8.復旦大學電光源研究所，上海200433；9.南方醫科大學生物醫學工程學院，廣東廣州510515

背景

醫用顯示器是目前所有醫學影像診斷與治療系統、遠程會診、醫用機器人，以及醫院信息化及醫療質量控制等極為重要的支撐性基礎顯示單元設備或部件之一，比普通民用顯示器具有亮度、對比度高和穩定性、一致性好的特點，日常使用量很大。近幾年來，超高清［4K（3 840×2 160,8M）、8K（7 680×4 320,32M）等］顯示技術正在快速發展，而且各國包括我國都已把超高清顯示產業技術列為重大戰略新興產業技術予以重點支持發展，并在各行業（包括醫療健康行業）領域得到快速的應用和發展［1-7］，醫用顯示器技術也在不斷發展和迭代中，過去一些基于CRT、高清及全高清的技術規范標準已經不適應新的技術要求。

超高清顯示的體驗不僅是人眼視覺對色彩逼真的體驗，而且帶來更高的影像顯示清晰度，以及亮度、對比度和定位測量等一系列關鍵技術性能質量的提升，這更加有利于醫生、物理師及放射技師對疾病影像做出更清晰正確的判斷，提高閱片診斷工作效率和影像診療精度。目前，超高清醫用顯示器作為一種新型顯示器產品，已逐步廣泛應用于醫院醫用顯示診斷與治療、遠程會診、手術直播與教學培訓等應用場景。另外多模態影像同屏非壓縮高分辨率顯示與分屏對照分析診斷已經越來越成為超高清醫用顯示器技術的一大優勢，也深受醫生、物理師及放射技師的歡迎［6-7］。超高清醫用顯示技術必將改變現代數字診療技術及工程應用的面貌，促進我國醫療健康領域的升級發展。

根據工信部等發布的《超高清視頻產業發展行動計劃（2019-2022年）》［1］，到2022年及后續3～5年，各類超高清4K以上顯示器將占據主導地位（預計約占90%以上），其他低分辨率顯示器已經變得較少或者難以購買，可能技術維護是原因之一。因此必須盡早面向超高清顯示技術市場來布局發展，順勢而為。

目前為止國內尚沒有統一的醫用顯示器臨床技術與應用評價標準。標準的缺失不利于產品研發及用戶采購招標使用，急需制定相關技術標準。為了進一步推動醫用顯示器技術的發展和規范標準化應用，無論從技術發展角度，還是從市場應用角度，都非常需要以及有必要研究制定在超高清技術背景條件下的醫用顯示器技術規范及其測試方法這一國內行業標準［2,6-7］。此外，當前電子顯示與人眼的視覺健康問題也越來越受重視，長時間、近距離、高亮度、高對比度觀視醫用顯示器也會影響人眼的視覺健康，因此研究制定新的超高清醫用顯示器符合人眼顯示視覺健康防護要求和相應的測試方法也是很有必要的［6-7］。

1 “超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準制定研究

1.1 本行業標準立項審批與工作組啟動

2019年5月16日惠仁康寧（蘇州）健康科技有限公司邱學軍教授在中國電子學會生命電子學分會、中國生物醫學工程學會醫學物理分會支持下，聯合中國電子技術標準化研究院數字技術研究中心、中關村視界裸眼立體信息產業聯盟、北大醫學部醫學技術研究院和醫用顯示器企業等單位及專家，向工信部和國家音視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會（SAC/TC242）提交“超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準立項建議書和相關說明。2019年9月11日由惠仁康寧邱學軍教授、北京大學醫學部高嵩教授代表行標立項建議組，參加并通過工信部科技司、電子信息司組織的2019年第三批超高清視頻國家/行業標準立項評審會專家答辯。2019年11月17日新組建的國家視覺與聽覺健康產業技術創新聯盟及中國醫療器械行業協會視覺與聽覺健康產業技術分會，聯合相關學會/協會提出重點支持“超高清醫用顯示器技術規范”行業標準制定研究及產業化推進研究。2019年12月11日工信部發布2019第三批行業標準制修訂項目審批通過正式立項通知［2］，其中包括：2019-1105T-SJ“超高清醫用顯示器技術規范”行業標準推薦制定，該行業標準由工信部電子信息司和全國音頻、視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會（SAC/TC242）歸口。

超高清醫用顯示器是基于國家超高清視頻及商用顯示技術發展的一個（醫療健康）行業應用，是整個國家超高清視頻顯示產業和標準體系中的一個重要應用領域［3］，也是當前基于民用超高清顯示技術來發展醫用顯示技術并滿足醫學圖像診療要求的必然發展趨勢。

2020年7月20日克服疫情影響，SAC/TC242 標委會“超高清醫用顯示器技術規范”行業標準工作組正式批準成立。2020年7月24日下午召開“超高清醫用顯示器技術規范”行業標準工作組視頻電話會議。2020年8月1日在上海首屆《中國視聽健康產業技術創新發展論壇》上，“超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準制定及工作組宣布正式啟動。本行業標準制定研究參加單位共45 家，其中：學會/協會/聯盟機構7家，企業21家，院校研究機構（含醫院）17 家，共51 名專家參加行標制定工作，包括組長：邱學軍；副組長：范科峰、高嵩、錢志余、盧潔、宋紅欣、張小元、張志剛、高維嵩、黃衛東；指導專家：李坤成、蔡葵、康雁、鮮軍舫、李真林、呂發金、林燕丹、周智峰等；日常起草組：張磊（事務協調）、張小元、鄭惠娜等20 多名企業及院校專家；秘書組：趙曉鶯（標委會指導）、唐斌（負責）、王連云等。

1.2 與現有同類國際國內標準對比分析

本標準研究制定參考了國內行業標準SJ/T11292計算機用液晶顯示器通用規范和YY/T 0910.1（等同轉換IEC62563-1），國際標準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］，并覆蓋上述標準對醫用顯示器的主要技術規范要求，同時在適用范圍（涉及桌面、大屏、移動等平臺醫用顯示器產品）、技術性能與功能及法規要求方面，提出在超高清顯示技術條件下醫用顯示器新的技術性能參數的表達及測試方法，如有關超高清顯示分辨率（≥4K）、亮度（≥500 cd/m2）、高廣色域（100% NTSC 左右）和防藍光輻射等顯示視覺健康防護技術要求，以及黑白彩色轉換、互聯、觸摸、醫用顯示接口功能和環保要求［6-7］。

1.3 本行業標準制定大綱目錄及內容發布

本行業標準制定大綱目錄包括［6-7］：

前言

1 范圍

2 規范性引用文件

3 術語

4 要求

4.1 外觀

4.2 安全

4.3 電磁兼容

4.4 能源效率

4.5 限用物質要求

4.6 功能

4.7 環境適應性

4.8 環境光照度

4.9 顯示視覺健康防護

4.10 性能

5 試驗方法

5.1 試驗環境條件

5.2 外觀

5.3 安全試驗

5.4 電磁兼容

5.5 能源效率

5.6 限用物質檢測

5.7 功能及接口測試

5.8 環境試驗

5.9 環境光照度

5.10 顯示視覺健康防護

5.11 性能試驗

5.11.1 超高清分辨率

5.11.2 刷新率

5.11.3 尺寸

5.11.4 色域覆蓋率

5.11.5 色彩一致性

5.11.6 色差

5.11.7 色彩位深

5.11.8 最大校準亮度Lmax'

5.11.9 最小校準亮度Lmin'

5.11.10 亮度比LR

這項發明是不是很厲害？更厲害的是，這個“開門神器”的設計者，是一個年僅13歲的少年——王振宇。他不僅是一名小小發明家，還是一個不折不扣的機器人迷。如果你問他最好的朋友是誰，他一定會眼里閃著光地告訴你：“我的好朋友是機器人?！?/p>

5.11.11 環境光比AR

5.11.12 可視角度

5.11.13 GSDF亮度響應偏差

5.11.14 亮度均勻性偏差LUDM

5.11.15灰階色度偏差

5.11.16 灰階色度均勻性偏差

5.11.17 圖像質量

5.11.17.1 圖像整體質量測試

5.11.17.2 反射測試

6.1 一般規定

6.2 檢驗分類

6.3 定型檢驗

6.4 逐批檢驗

附錄A

附錄B

參考文獻

上述標準編制討論、征求意見、專家評審、送審審批和發布具體流程，將按照國家行業標準制定規定程序實施推進，預計將在2021年6月前后正式發布該行業標準稿。期間將不定期舉辦行業標準制定研究學術研討會，匯總專家意見，充實標準編制內容，以期使本行業標準制定研究達到既先進又適用的目的。

2 顯示視覺健康防護研究與評價模型

顯示視覺健康防護研究是上述“超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準大綱目錄的特色創新內容之一［6-7］，它是人類免受或少受電子顯示設備光輻射危害的一門綜合性邊緣學科，其基本任務是保護使用電子顯示設備的人員、公眾的健康與安全。健康包括身體健康、心理健康等。顯示視覺健康防護研究的主要內容包括：面向顯示屏人眼觀視的直接影響危害視網膜和干擾視覺腦功能區等的光輻射和神經誘導的輻照劑量學，以及防護標準、技術、評價和管理等。很顯然，顯示視覺健康防護研究屬于非電離輻射（聲、光、電、熱、磁等輻射）防護研究范疇，是健康（或保?。┪锢韺W的一個重要研究分支。醫學物理學中也包含有健康（或保?。┪锢韺W科（主要涉及電離輻射和非電離輻射防護研究）［14-18］。

超高清醫用顯示器，比以往醫用顯示器和普通民用顯示器在分辨率、色域、亮度、對比度等方面的技術參數可能要高很多。醫生、物理師及放射技師面臨的超高清醫用顯示器的觀視應用場景其特點是在長時間（每天至少4 h，通常要考慮6～8 h閱片操作診療時間）、近距離（離桌面顯示屏約50 cm）、高亮度和高對比度條件下觀視閱片或影像診療計劃操作，因此理應要考慮評價研究這種長時間觀視屏幕對人眼視網膜等可能產生的健康影響和危害程度。

目前針對（超高清）醫用顯示器的顯示視覺健康防護研究內容尚為空白，也沒有針對顯示器的光輻射生物安全性評價標準可以參考。目前只有相近的基于LED照明燈和燈系統的國際/國家標準可以參考，也即CIE S 009:2002（GB/T 20145-2006）／IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等標準［19-21］。

IEC標準體系中涉及照明產品光生物危害的基礎標準是IEC 62471標準，由于LED照明產品涉及LED的芯片、封裝、模組及燈具等產品鏈，如果在各產品階段都對LED照明產品進行人眼視網膜藍光輻射危害評價，那將帶來很多重復性的工作，也不必要，為此IEC技術委員會推出了新的技術報告IEC/TR 62778:2014，其目的是簡化應用IEC 62471標準對LED光源及燈具的藍光輻射危害進行評價。

人眼視網膜在長期藍光輻射照射下會產生光化學損傷，形成光生物安全性傷害，這須避免或進行限制。CIE S 009:2002/IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等國際標準，規定了基于LED照明燈具的藍光輻射危害限值，即如式（1）、式（2）所示的測試計算限值:

式中，光源的光譜輻亮度LB；Lλ(λ,t)為光譜輻射亮度，單位為W·m-2·sr-1·nm-1；B(λ)為藍光危害光譜加權函數；Δλ為波長間隔，單位為nm；t為輻射持續時間，單位為s。根據上述計算公式，可得出藍光輻射危害風險等級［含豁免（RG0）、低度危險（RG1）、中度危險（RG2）］限值表，通過對醫用顯示器測試結果計算，與危害風險等級限值表對比，可對該顯示器危害等級進行評價。

需要提醒關注的是:（1）CIE S 009:2002/IEC 62471:2006/IEC TR 62778:2014等國際標準，主要是面向照明燈具的光輻射生物安全性評價標準，還沒有考慮醫用顯示器觀視這一應用場景，直接引用還是有一些不確切之處，當然這需要后續進一步的創新開拓性研究和案例測試數據的支持；期望本行業標準工作組在醫工結合、“產學研醫檢”結合專家合作機制下，盡快研究推出真正面向（超高清）醫用顯示器的顯示視覺健康防護研究成果（包括相對科學的評價建模方法），并納入到本次國家行業標準中，真正起到保障醫務人員身心健康的實際作用。（2）早在2010年和2012年開始，邱學軍曾兩次主持承擔北京市科委專項課題和國家科技支撐計劃課題研究［22-24］，課題組參加單位多達8個，專家多達51名，主要研究立體電視機等3D立體視覺舒適度與健康評價標準研究，首次在國際國內系統性提出關于（由雙目視差或多點視差等物理融合立體影像引起的）立體顯示舒適度與健康評價標準的醫工結合研究方案，并率先做了基于眼科生理和腦功能檢測（MRI/fMRI/EEG/ERP等）的同步3D觀視測試研究，先后有788例被試者進行試驗測量和計算驗證，得到了3D立體顯示舒適度與健康評價的初步算法與規范性設計方法，取得了良好的測試驗證與初步應用［25-26］，盡可能減少（由雙目視差或多點視差等物理融合立體影像引起的）觀視頭暈不適等現象。但是并沒有對2D/3D顯示屏陣列背光光源的光輻射生物安全性深入評價研究。而本次超高清醫用顯示器行業標準研究，是針對2D平面的超高清醫用顯示器（LED陣列背光源下的LCD屏在高亮度、高對比度下）的光輻射生物安全性進行評價研究，與3D立體顯示舒適度評價側重有所不同。未來將適時對3D立體顯示器進行類似的光輻射危害防護健康評價研究，而其測試計算方法改進和特別注意事項等與本文前述基本一致。

3 研究建議

通過本次“超高清醫用顯示器技術規范”國家行業標準制定研究工作，形成有價值的基本建議如下:（1）應聯合在國際國內具有優勢的醫學影像診斷與治療、醫用顯示器設計制造、眼視光、光輻射生物安全、腦電檢測和腦功能分子成像多模態分析、超高清視頻與顯示標準化研究等單位及相關專家，建立我國具有創新特色的超高清醫用顯示器技術與應用標準體系，盡快推出符合本行業標準和規模化研發生產要求的不同應用平臺的超高清醫用顯示器關鍵設備與部件，加快產業化推廣應用。通過醫療機構臨床應用，建立起超高清醫用顯示器臨床使用與質量控制規范。（2）整合學會/協會/聯盟的力量，加快研究形成具有我國醫工結合、“產學研醫檢”跨部門多學科結合特色的“超高清醫用顯示器技術規范”行業標準制定專家研究團隊。（3）組建基于本行業標準的第三方標準計量與檢驗認證試驗室平臺，為開展基于該行業標準的超高清醫用顯示器產品及顯示視覺健康防護等性能質量檢測服務，保障我國超高清醫用顯示器基本質量要求和醫學影像診療工作者的職業視覺健康防護要求，穩定發展超高清醫用顯示器產業鏈和供應鏈，取得較好的社會經濟效益。

致謝：感謝支持本次行業標準制定研究的單位及專家，包括工信部電子信息司、科技司和中國電子技術標準化研究院及SAC/TC242標委會，以及國家視覺與聽覺健康產業技術創新聯盟及中國醫療器械行業協會視覺與聽覺健康產業技術分會、中國電子學會生命電子學分會、中國生物醫學工程學會醫學物理分會和中國電子視像行業協會立體視像分會及其有關專家的支持，特別是SAC/TC242標委會標準專家范科峰主任、趙曉鶯副秘書長，和國內醫用顯示器領軍企業巨鯊王衛高工和國內大型工業顯示企業京東方科技張志剛研究員、海信集團高維嵩高工、TCL華星光電黃衛東高工及高翔經理等企業專家的大力支持。