專利名稱：用于在醫(yī)學(xué)成像中進行圖像顯示的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在醫(yī)學(xué)成像中進行圖像顯示的方法，其中，將成像測量中獲得的具有第一對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)變換為具有第二對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)，并以第二對比度范圍顯示在介質(zhì)上。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)成像是醫(yī)療診斷的重要分支。通過例如計算機斷層造影、磁共振斷層造影或超聲攝影的方法可以獲得受檢體的體內(nèi)圖像，并在相應(yīng)的介質(zhì)上顯示?，F(xiàn)在，幾乎只以數(shù)字形式提供這些在成像測量中獲得的圖像數(shù)據(jù)。
利用用于采集測量數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備，如計算機斷層造影設(shè)備或磁共振斷層造影設(shè)備，可以獲得例如12位的圖像數(shù)據(jù)，從而使這些圖像數(shù)據(jù)的灰度值范圍包括4096個灰度級。必須通過合適的方法將成像測量中所獲圖像數(shù)據(jù)的高對比度范圍減小到較低的對比度范圍，典型的是8位，也就是包括256個灰度級。一般不傾向于將圖像數(shù)據(jù)的高對比度范圍簡單地線性變換到較低的對比度范圍，因為這可能會導(dǎo)致在感興趣的圖像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不合理的信息丟失。這樣，例如在特定的用于顯示單個器官的應(yīng)用中，對于產(chǎn)生的計算機斷層攝影圖像數(shù)據(jù)，只對位于相對較窄的灰度值范圍內(nèi)的強度值或灰度值感興趣。因此，為了在介質(zhì)上無損失地顯示這種圖像區(qū)域，從該圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍中選出位于該相對較窄灰度值范圍內(nèi)的一段，其寬度相當(dāng)于例如256個或更少的灰度級。這種通過選擇截段來變換對比度范圍的方法稱為窗化(Fensterung)。較大的強度值或灰度值作為上部窗值在介質(zhì)上顯示為白色，而較小的強度值或灰度值作為下部窗值被再現(xiàn)為黑色。
變換對比度范圍的另一種方法是采用可以非線性變換對比度的變換表(LUTLook-up-Table)。在此，每個原始圖像數(shù)據(jù)的灰度值都對應(yīng)一個表項，其通過數(shù)學(xué)運算增加或減小該特定灰度值。通過這種方式，不僅可以在圖像數(shù)據(jù)內(nèi)進行窗化或?qū)Ρ榷葔嚎s，還可以任意更改對比度特性。
到目前為止，一般由相應(yīng)成像設(shè)備的使用人員手動對成像測量中獲得的圖像數(shù)據(jù)進行對比度變換。此時，該使用人員或診斷醫(yī)生根據(jù)成像測量的圖像類型或種類，為相應(yīng)介質(zhì)上的顯示確定窗寬和窗位。然而，這需要例如在磁共振斷層造影中花費大量的工作時間，因為在該領(lǐng)域中，真正的診斷仍然要通過觀察膠片來進行，必須在印出膠片之前觀察所有的圖像，并使它們與其對比度范圍相匹配。因此，對所獲圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍進行可靠的自動窗化就具有顯著的優(yōu)點。
但是，到目前為止公知的用于自動窗化的方法都還沒有成功實施，因為它們對許多現(xiàn)有圖像類型無法給出可以接受的結(jié)果。這些公知方法都是基于對所獲圖像數(shù)據(jù)灰度值的分析，然后在此基礎(chǔ)上進行對比度壓縮。對此的一個例子是直方圖比較法。
DE19742118A1公開了一種用于變換數(shù)字圖像數(shù)據(jù)對比度范圍的方法，其中，在進行分析時考慮圖像的局部圖像區(qū)域。該方法也需要分析圖像數(shù)據(jù)的灰度值范圍，其中，對背景進行分析，產(chǎn)生掩蔽圖(Maskenerzeugung)并估計參數(shù)，以及為變換對比度進行分析，以將對比度范圍在壓縮圖像中位置緩慢變化的區(qū)域中進行壓縮，并基本上保持精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
然而，該方法也不會對所有的現(xiàn)有圖像類型都產(chǎn)生令使用者或診斷醫(yī)生滿意的結(jié)果，此外，該方法還需要進行大量的計算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于在醫(yī)學(xué)成像中圖像顯示的方法，可以通過簡單的方法自動變換所獲圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍，對多種圖像類型都能為使用者提供優(yōu)化的結(jié)果。
本方法的技術(shù)問題是通過一種用于在醫(yī)學(xué)成像中進行圖像顯示的方法解決的，其中，將由成像測量獲得的具有第一對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)變換為具有第二對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)，并以該第二對比度范圍顯示在一介質(zhì)上。根據(jù)由該成像測量的圖像數(shù)據(jù)獲得的有關(guān)該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預(yù)先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，并利用與該圖像類別相匹配的參數(shù)進行該變換。
本方法的優(yōu)點在于，所述變換是通過窗化實現(xiàn)的，其中，所述匹配參數(shù)描述了在與所述第一對比度范圍相應(yīng)的灰度值刻度內(nèi)的中心和寬度。
此外，所述變換是通過借助變換表(LUT)的非線性匹配實現(xiàn)的，其中，所述匹配參數(shù)描述了該變換表。在所述變換中，通過所述變換表將第一對比度范圍的不同灰度值區(qū)域與不同的顏色相對應(yīng)，利用這些顏色在所述介質(zhì)上顯示圖像數(shù)據(jù)。
優(yōu)選由專業(yè)人員事先確定所述不同的圖像類別組以及與這些不同的圖像類別相匹配的參數(shù)。
本發(fā)明的方法還通過一自學(xué)習(xí)系統(tǒng)確定和/或匹配所述不同的圖像類別組以及與這些不同的圖像類別相匹配的參數(shù)。
還可以由使用人員對與不同圖像類別相匹配的參數(shù)進行更改。
此外，從預(yù)先給定的不同圖像類別組中確定圖像類別是這樣實現(xiàn)的，即將附加信息中包含的特征與一存儲在存儲器中的表進行比較，在該表中不同的特征對應(yīng)于不同的圖像類別。
在用于醫(yī)學(xué)成像中的圖像顯示的本方法中，將成像測量中獲得的具有第一對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)變換為具有第二對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)，并以第二對比度范圍顯示在介質(zhì)上，根據(jù)由成像測量的圖像數(shù)據(jù)獲得的有關(guān)圖像和/或測量的附加信息，從一組預(yù)先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，并利用與該圖像類別相對應(yīng)的參數(shù)進行所述變換。
在本方法中，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是這樣設(shè)置的，即，它可以實現(xiàn)可再現(xiàn)的結(jié)果。這可以通過系統(tǒng)校準(zhǔn)來實現(xiàn)，它取決于已由制造商實施的校準(zhǔn)或調(diào)節(jié)的類型，由維護人員定期地或者由使用人員在每次測量前進行。無論是哪種情況，都要通過這種系統(tǒng)校準(zhǔn)保證目前使用的成像設(shè)備能產(chǎn)生可再現(xiàn)的結(jié)果。這也適用于用這種設(shè)備所獲得的圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍，它不依賴于經(jīng)受成像測量的各患者。因此，根據(jù)采用的測量方法和圖像類型或?qū)е滦纬稍搱D像的測量數(shù)據(jù)分析方法，總是可以獲得用于顯示同一身體區(qū)域的大致相同的對比度。
此外，在本方法中，利用成像測量中的圖像數(shù)據(jù)還可獲得至少給出測量方法(例如所采用的測量序列)和圖像類型的附加信息。本發(fā)明中采用這些有關(guān)圖像和/或測量的附加信息，以便將該圖像數(shù)據(jù)與一組預(yù)先給定的不同圖像類別中的某個圖像類別相對應(yīng)。對于這些不同圖像類別中的每一個，都事先確定用于變換該圖像類別的圖像數(shù)據(jù)對比度范圍的參數(shù)。正是基于成像測量的可再現(xiàn)性才使得這種確定成為可能。最后，利用這些事先為每個圖像類別優(yōu)化確定的參數(shù)進行變換。
通過結(jié)合已事先確定的各圖像類別的參數(shù)對所獲圖像進行分類，可以從多種可能的測量方法或圖像類型中對各圖像類別都自動獲得具有對應(yīng)用目標(biāo)來說是最佳對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)。在此，特別要考慮不同的測量方法和分析方法結(jié)果之間或根據(jù)分析方法產(chǎn)生的圖像類型之間的對比度差別。這樣，例如以下是很重要的，即，在頭部MIP圖像中，也就是在以最大強度投影的圖像類型中只顯示血管，而在用于顯示同一區(qū)域的灰色或白色腦組織的圖像類型中，則須使血管出現(xiàn)在背景中。通過對用圖像數(shù)據(jù)獲得的附加信息進行分析，可以區(qū)分這兩種圖像類型，并分別自動實現(xiàn)對比度范圍的最佳變換，尤其是實現(xiàn)最佳窗化。
在現(xiàn)有技術(shù)的公知方法中，是通過分析圖像的灰度值分布來確定用于變換對比度范圍的參數(shù)，與此相反，本方法沒有進行圖像分析，而是對與成像測量獲得的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)的附加信息進行分析。這些附加信息一般存在于所謂數(shù)組頭中。在醫(yī)學(xué)成像中，在此采用了所謂的DICOM標(biāo)準(zhǔn)，它在頭部包含了這類附加信息。DICOM(Digital Imaging and Communications inMedicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像和通信)是世界范圍適用的用于放射醫(yī)學(xué)的特殊標(biāo)準(zhǔn)。它是根據(jù)OSI模型，即允許在不同系統(tǒng)間通信的開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型設(shè)計的。利用該標(biāo)準(zhǔn)，可以在不同成像和圖像數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間交換圖像和數(shù)據(jù)。DICOM對用于放射圖像的格式的結(jié)構(gòu)和所描述的參數(shù)以及用于交換這些圖像的命令進行標(biāo)準(zhǔn)化，還對其它數(shù)據(jù)對象的描述進行標(biāo)準(zhǔn)化，如圖像次序、檢查序列和檢查結(jié)果。
在實施本方法之前，必須將由不同醫(yī)學(xué)成像測量方法和分析方法獲得的圖像劃分為單獨的圖像類別。這可以例如通過以下方式進行，即，根據(jù)分別由所獲圖像數(shù)據(jù)傳遞的附加信息生成特征空間，其中，分別將各圖像類別綜合在一單個區(qū)域內(nèi)。在劃分圖像類別后，為各圖像類別確定用于變換對比度范圍的參數(shù)，用于以后在相應(yīng)的介質(zhì)上對診斷進行最佳顯示。這可以例如通過以下方式實現(xiàn)，即，對于窗化在對比度范圍的灰度值刻度內(nèi)給出灰度值區(qū)域的位置和寬度。在此，不同的圖像類別通常對應(yīng)不同的窗值。
當(dāng)然，也可以根據(jù)圖像類別借助LUT進行變換。在這種情況下，為每個相應(yīng)的圖像類別配置一個與其相應(yīng)的LUT，利用它可以為該圖像類別的變換實現(xiàn)所期望的結(jié)果。
優(yōu)選的是，事先由專業(yè)人員人工將多種不同的測量方法和分析方法或圖像類型劃分為各個圖像類別，并將參數(shù)與各圖像類別進行匹配。確定圖像類別、與這些圖像類別對應(yīng)的附加信息中的特征以及與各圖像類別相匹配的參數(shù)之后，可以將這些結(jié)果用于所有的成像測量。這種分類和參數(shù)化既可以全局地用于全部系統(tǒng)，也可以選擇性地用于單個系統(tǒng)類型，如計算機斷層造影和磁共振斷層造影。可確定的圖像類別的數(shù)量也是任意的。不言而喻，能確定的圖像類別數(shù)量越大，所獲得的結(jié)果就越好。
在另一個優(yōu)選實施方式中，通過自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或遺傳算法來自動進行分類和參數(shù)化。此時，要求使用者可以在最初出現(xiàn)的誤差匹配中根據(jù)其期望校正變換參數(shù)。該自學(xué)習(xí)系統(tǒng)測取后改善值(Nachbesserung)，并考慮那些預(yù)先給出的圖像類別和相應(yīng)的參數(shù)。在這種情況下，不是一開始就最終確定這些參數(shù)，而是由該自學(xué)習(xí)系統(tǒng)在各成像系統(tǒng)運行期間匹配或細(xì)化這些參數(shù)。這可以實現(xiàn)按照各使用者的需求或期望進行個性化匹配。還可以通過這樣系統(tǒng)預(yù)先給定個人特定的圖像類別和相應(yīng)參數(shù)。
本方法可以對成像測量獲得的圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍或灰度值范圍進行自動變換，尤其是進行自動窗化，并避免由使用者對圖像進行需要大量時間和費用的后處理。通過本方法，可以自動完成在很多情況下都還需要的圖像膠片化，并且不需要使用人員的進一步人工交互。通過本方法的可選個性化匹配，可以考慮到診斷醫(yī)生的特殊需要或期望。


下面將結(jié)合附圖和本方法的實施方式對本發(fā)明進一步進行簡述。在此示出了圖1為實施本方法的簡要流程圖；圖2為利用不同參數(shù)值進行窗化的示例。
具體實施例方式
在本實施方式中，獲得DICOM格式的磁共振斷層造影測量圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)具有12位的對比度范圍，也就是4096個灰度級，這在許多成像測量方法中是屬于標(biāo)準(zhǔn)的。當(dāng)然，也可以用本方法變換具有其它例如高于12位對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)。
從DICOM頭中，讀出有關(guān)以所獲圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的測量方法以及生成圖像數(shù)據(jù)的分析方法的附加信息及圖像類型，并與存儲器中的相應(yīng)特征進行比較，在該存儲器中這些特征與各圖像類別I、II…X相對應(yīng)。根據(jù)這種比較確定出屬于所讀出的附加信息的圖像類別。在該附加信息中列舉的特征可以是對例如DICOM圖像類型、測量是否利用造影劑、測量中所采用的序列、重復(fù)時間、回波時間、身體區(qū)域或T2*的說明。作為不同的圖像類別，可以考慮例如T1加權(quán)圖像、T2加權(quán)圖像、回波平面技術(shù)(EPI)圖像或MIP圖像。當(dāng)然，并不僅限于以上所列舉的，還可以根據(jù)可能的磁共振測量方法和測量數(shù)據(jù)分析方法進行任意擴展。在此，各圖像類別I、II…X分別與參數(shù)PI、PII…PX相對應(yīng)，這些參數(shù)尤其可以通過窗化方式，將所獲得的圖像類別的圖像數(shù)據(jù)的對比度范圍變換為另一個對比度范圍，利用該對比度范圍可以為要進行的診斷優(yōu)化地顯示圖像數(shù)據(jù)。在窗化情況下，這些分別與各圖像類別對應(yīng)的參數(shù)PI、PII…PX在所獲原始圖像數(shù)據(jù)的灰度值刻度內(nèi)分別包括位置C(Center，中心)和寬度W(Width，寬度)。
在本方法中，在確定了所獲圖像數(shù)據(jù)的圖像類別之后，根據(jù)與該圖像類別對應(yīng)的參數(shù)對對比度范圍進行變換。最后，在相應(yīng)的介質(zhì)(例如顯示器)上顯示這些以這種方式獲得的具有改變了的、一般較低的對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)。
對通過其它成像測量方法，例如計算機斷層造影(CT)或X射線血管造影(AX)獲得的圖像數(shù)據(jù)也可采用相同的方法步驟。在這類圖像數(shù)據(jù)中，作為附加信息中的特征例如DICOM圖像類型可以包括測量中采用的電子管電壓和電流、采用的Al濾波器的濾波厚度、陽極類型，或者是否進行使用造影劑的測量。所有這些特征都會影響在圖像中獲得的對比度，并在必要時需要其它用于變換對比度范圍的參數(shù)。作為圖像類別，在這類X射線攝影中可以考慮例如對比度圖像、MIP圖像或SSD圖像。當(dāng)然，也不僅限于上述所列舉的。專業(yè)人員還可以根據(jù)顯示所需的不同參數(shù)適當(dāng)?shù)剡x擇圖像類別。優(yōu)選的是，由專業(yè)人員事先一次性地劃分圖像類別以及匹配參數(shù)，然后放置于系統(tǒng)的存儲器中用于所有用該系統(tǒng)進行的測量。還可選擇集成一自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，在后改善中，使用人員根據(jù)可從該后改善中推導(dǎo)出的優(yōu)先選擇使該系統(tǒng)與參數(shù)匹配和選擇相適應(yīng)。
圖2示例性地示出了窗化技術(shù)，用于將圖像數(shù)據(jù)的例如12位的第一對比度范圍變換為例如8位的第二對比度范圍，以用于兩種不同的圖像類別。在此，左邊的線條表示從成像測量獲得的圖像數(shù)據(jù)的4096個灰度級，其中，灰度級黑色對應(yīng)于值0，灰度級白色對應(yīng)于值4095。如果要在顯示器上以8位的灰度值刻度，也就是256個灰度級顯示這樣的一幅圖像，如通過右邊的線條所表示的那樣，則必須相應(yīng)地變換對比度范圍。
在該窗化中，用位置C和寬度W選擇圖像數(shù)據(jù)灰度值刻度內(nèi)的灰度值范圍，該范圍通過隨后的展開而顯示在顯示器的整個亮度范圍內(nèi)。圖2簡要地說明了這一點。通過這種方式，可以在顯示器上以最大對比度分辨率顯示例如具有256個灰度級寬度W的對比度范圍。在這里，C+W/2之上的原始圖像數(shù)據(jù)的灰度值在顯示器上顯示為白色，C-W/2之下的顯示為黑色。在顯示其它圖像類別的圖像數(shù)據(jù)時，可能需要其它變換參數(shù)，也就是其它的位置C和寬度W，以便獲得對該圖像類別的優(yōu)化的顯示結(jié)果。這在圖2中通過與其它變換參數(shù)對應(yīng)的虛線示出。
在可能的實施方式中，圖2示出的兩個灰度值范圍也可以在顯示器上同時顯示為不同顏色，例如紅色和藍色，從而使觀察者可以根據(jù)該顏色顯示來區(qū)分這兩個區(qū)域。
原理上，在本方法中，可以通過預(yù)先給定相應(yīng)的參數(shù)將圖像數(shù)據(jù)劃分為多個圖像類別，這些圖像類別分別與用于變換對比度范圍的、對各圖像類別都是優(yōu)化的不同參數(shù)相匹配。既可以完全自動地借助附加信息對圖像或圖像數(shù)據(jù)進行分類，也可以完全自動地利用各匹配參數(shù)進行變換。然而，如果使用者希望與最佳對比度范圍變換不一致的顯示結(jié)果，當(dāng)然也可以為使用者設(shè)置后改善方法。
以同樣的方式，也可以通過預(yù)先給定應(yīng)用于相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的LUT來實現(xiàn)對比度范圍的變換或壓縮，在此，對各圖像類別也可以配置其各自的LUT作為變換參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于在醫(yī)學(xué)成像中進行圖像顯示的方法，將由成像測量獲得的具有第一對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)變換為具有第二對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)，并以該第二對比度范圍顯示在一介質(zhì)上，其特征在于，根據(jù)由該成像測量的圖像數(shù)據(jù)獲得的有關(guān)該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預(yù)先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，并利用與該圖像類別相匹配的參數(shù)進行該變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述變換是通過窗化實現(xiàn)的，其中，所述匹配參數(shù)描述了在與所述第一對比度范圍相應(yīng)的灰度值刻度內(nèi)的中心和寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述變換是通過借助變換表(LUT)的非線性匹配實現(xiàn)的，其中，所述匹配參數(shù)描述了該變換表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述變換中，通過所述變換表將第一對比度范圍的不同灰度值區(qū)域與不同的顏色相對應(yīng)，利用這些顏色在所述介質(zhì)上顯示圖像數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，由專業(yè)人員事先確定所述不同的圖像類別組以及與這些不同的圖像類別相匹配的參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，通過一自學(xué)習(xí)系統(tǒng)確定和/或匹配所述不同的圖像類別組以及與這些不同的圖像類別相匹配的參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述與不同圖像類別相匹配的參數(shù)可以由使用人員進行更改。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述從預(yù)先給定的不同圖像類別組中確定圖像類別是這樣實現(xiàn)的，即，通過將附加信息中包含的特征與一存儲在存儲器中的表進行比較，在該表中不同的特征對應(yīng)于不同的圖像類別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在醫(yī)學(xué)成像中進行圖像顯示的方法，將由成像測量獲得的具有第一對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)變換為具有第二對比度范圍的圖像數(shù)據(jù)，并以該第二對比度范圍顯示在介質(zhì)上。在本方法中，根據(jù)由成像測量的圖像數(shù)據(jù)獲得的有關(guān)該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預(yù)先給定的不同圖像類別中自動確定一個圖像類別，并用與該圖像類別匹配的參數(shù)進行變換。本方法可以自動變換對比度范圍，以便在介質(zhì)上最佳地顯示圖像，從而可以自動實現(xiàn)例如圖像的膠片化而無需使用人員進行更多的人工交互。
文檔編號A61B5/00GK1447284SQ0310792
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者羅蘭·費伯, 奧利弗·施雷克 申請人:西門子公司