專利名稱：在環(huán)境照明控制下觀看標準化的數(shù)字圖像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療診斷成像系統(tǒng)，特別是超聲診斷成像系統(tǒng)，它能傳送和觀看標準化的圖像而同時允許用戶對可變的環(huán)境照明條件進行控制。
數(shù)字化圖像的采集、存儲和觀看現(xiàn)在是醫(yī)療診斷成像的主題。在超聲中，數(shù)字圖像的使用從二十年以前就已隨著數(shù)字掃描變換器的出現(xiàn)而開始。通過圖像的像素值的數(shù)字化，圖像可以以量化的精度被傳送、存儲和重現(xiàn)。在許多國家中已把各種標準放在適當?shù)牡匚灰蕴幚頂?shù)字診斷圖像。在美國，醫(yī)療的數(shù)字成像和通信(DICOM)標準已被開發(fā)和被實施，主要用于有關(guān)醫(yī)療圖像的傳送和存儲的標準。對于用DICOM標準圖像作出的診斷來說重要的是這樣的用于診斷的圖像所呈現(xiàn)的方式。對于醫(yī)療診斷圖像重要的是要以相同的視覺一致性來進行顯示，從而導(dǎo)致一致的診斷。在超聲監(jiān)視器上顯示的圖像在被傳送到和在診斷工作站被觀看或在被打印在膠片或照相紙上時，應(yīng)當具有同樣的可見外觀。
處理圖像的視覺表示的DICOM標準的一部分是PS 3.14。該標準的這個部分規(guī)定了一個把像素值與所顯示的亮度水平相聯(lián)系的函數(shù)。特別地，PS 3.14提供客觀的定量的機制，以用于把數(shù)字圖像值映射到給定范圍的亮度水平。通過使用像素值與亮度水平之間已知的函數(shù)關(guān)系，圖像可以在不同的裝置或媒體上以它在其原始的采集裝置上具有的相同的斷數(shù)值被顯示和觀看。
PS 3.14在設(shè)計中要消除的一個變量是用戶喜好的可變性，這種可變性可以被用戶利用來調(diào)節(jié)圖像以使得用戶個人感覺它是一個更適于診斷的呈示。可以驅(qū)動用戶作出這樣的調(diào)節(jié)的一個環(huán)境變量是病人進行檢查的房間或?qū)嶒炇抑械恼彰?。在某些情形下，房間可以很亮地照明，例如使得病人感覺很舒服和很放松。在其它的情形下，房間可能是較昏暗的照明，使得所顯示的圖像的細微的細節(jié)更加容易受到診斷者的關(guān)心。在另外的情形下，圖像可以在明亮的照明的房間中采集，然后以電子方式傳送到昏暗照明的診斷實驗室中的工作站供診斷醫(yī)生判讀。在這些可變化的條件下，操作聲譜儀的人員將希望調(diào)節(jié)諸如亮度和對比度那樣的圖像顯示控制，以便呈現(xiàn)使他或她感覺是最適于診斷的圖像。圖像必須可以傳送到其它裝置或可觀看的媒體，在那里它保持與它向原始成像系統(tǒng)操作員提供的相同的診斷值。
按照本發(fā)明的原理，超聲診斷成像系統(tǒng)產(chǎn)生遵從諸如DICOM那樣的視覺感知標準的圖像以便進行傳送和在不同的媒體上觀看。提供了一個一個處理器以用于把標準化圖像變換成成像系統(tǒng)顯示裝置的顯示函數(shù)。提供了一個系統(tǒng)用戶控制或環(huán)境照明傳感器，它使得標準化的圖像能夠在具有被修改成考慮不同的環(huán)境照明條件的顯示函數(shù)的該成像系統(tǒng)顯示裝置上被顯示。因此用戶可以在成像系統(tǒng)上觀看到在各種不同環(huán)境照明條件下的診斷的圖像，以及可以輸出或打印具有標準化的視覺感受和診斷值的圖像。
在附圖上

圖1以框圖的形式顯示按照本發(fā)明的原理建造的超聲診斷成像系統(tǒng)。
圖2圖形地顯示亮度的標準化灰度顯示函數(shù)相對于觀察人員剛能感受到的亮度差值的關(guān)系。
圖3圖形地顯示標準化的顯示函數(shù)變換為成像系統(tǒng)顯示裝置的顯示函數(shù)。
圖4圖形地顯示一系列不同環(huán)境照明條件下的顯示函數(shù)，這些環(huán)境照明條件可以由用戶選擇來用于控制顯示裝置。
首先參照圖1，圖上以框圖的形式顯示按照本發(fā)明的原理建造的超聲診斷成像系統(tǒng)。成像系統(tǒng)100包括具有一個陣列換能器112的掃描頭110，它在圖像范圍內(nèi)以不同的角度發(fā)送波束。波束的發(fā)送由發(fā)送器114控制，它控制陣列換能器112的每個單元的驅(qū)動頻率、相位和時間，以使得每個波束從預(yù)定的發(fā)源點沿陣列和以預(yù)定的角度被發(fā)送。從沿每個波束方向返回的回波被陣列的單元接收，并通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換被數(shù)字化，然后被耦合到數(shù)字波束成形器116。數(shù)字波束成形器116把來自換能器112的陣列單元的回波延遲并相加，形成沿每條掃描線或波束方向的已聚焦的相干數(shù)字回波樣本的序列。樣本的序列被用來形成相應(yīng)于由波束成形器116形成的波束的各個圖像幀。發(fā)送器114和波束成形器116在系統(tǒng)控制器118的控制下被操作，系統(tǒng)控制器118則進而又響應(yīng)于由超聲系統(tǒng)100的用戶操作的用戶接口120上的控制設(shè)置值。系統(tǒng)控制器118控制發(fā)送器114以需要的角度、發(fā)送能量和頻率發(fā)送所需數(shù)量的掃描線組。系統(tǒng)控制器118還控制數(shù)字波束成形器116針對所使用的孔徑和圖像深度適當?shù)匮訒r和組合所接收的回波信號。
掃描線回波信號由可編程數(shù)字濾波器122進行濾波，該濾波器規(guī)定了感興趣的頻帶。當對諧波對比度試劑進行成像或進行組織諧波成像時，濾波器122的通帶被設(shè)置為使發(fā)送帶的諧波通過。經(jīng)濾波的信號然后被檢測器124檢測。對于B模式成像，檢測器124執(zhí)行回波信號包絡(luò)的幅度檢測。對于多卜勒成像，圖像的每個點的回波集合被組合，并進行多卜勒處理，以估計多卜勒漂移或多卜勒功率強度。來自圖像的掃描線的回波數(shù)據(jù)被收集在圖像存儲器126中。圖像的數(shù)據(jù)被耦合到掃描變換器128，在那里回波數(shù)據(jù)被安排成所需的圖像格式，諸如矩形線性掃描的圖像或扇形圖像。
回波信號在被稱為映射的處理過程中被變換成一系列顯示值。一組灰度圖像值經(jīng)受到灰度映射處理130，而多卜勒值通常經(jīng)受到彩色映射處理。灰度映射通常包括回波值的對數(shù)變換，以便把回波值變換成由人的眼睛更容易分辨的一系列數(shù)值。通過對數(shù)變換映射的灰度將把較低的亮度值映射成這樣的一系列數(shù)值，在其中稍微不同的較暗的數(shù)值可以更容易被區(qū)分，從而使得能更好地確定更細微的組織特性。按照本發(fā)明，回波值被映射為標準化的灰度顯示函數(shù)，以使得在灰度范圍中的各個步驟產(chǎn)生對一般的觀察人員的視覺感受的灰度水平有相等間隔的差值。在本發(fā)明所建立的實施例中灰度圖像被映射成DICOM標準的亮度顯示值的標準顯示函數(shù)(SDF)。SDF的亮度值是在PS 3.14中所規(guī)定的那些亮度值。圖2顯示對數(shù)尺度的亮度值相對DICOM標準化顯示函數(shù)的剛能注意到的差值的指數(shù)(index)的一個曲線。
被映射到SDF的圖像然后可被傳送到外部網(wǎng)絡(luò)、存儲裝置和顯示裝置，諸如工作站、紙張打印機、和膠片打印機。當這些裝置被配置成符合DICOM標準圖像時，圖像可被重現(xiàn)成相同的診斷值。圖像在各種情況下以相同的診斷的呈示可在發(fā)射型顯示器(諸如在變暗的房間中的工作站監(jiān)視器)或LCD顯示器上被顯示，或被打印在透明的膠片和在放射學燈箱(light-box)上被觀看，或被打印在光滑的或非光滑的照相紙上。這是通過把標準DICOM圖像施加到各個顯示裝置的顯示特性曲線上而完成的，該顯示裝置把標準圖像變換成顯示裝置的已知的顯示特性。對于其上顯示圖像的各種各樣的顯示裝置，圖像將在顯示裝置的極限范圍內(nèi)呈現(xiàn)相同的診斷值。
按照本發(fā)明的另外的方面，用戶具有這樣的能力即在圖像的診斷方面選擇用戶認為是最好呈示的映射。這是通過藉助于用戶控制面板120和系統(tǒng)控制器118從灰度映射儲存裝置132中選擇新的映射函數(shù)而實現(xiàn)的。這種用戶可選擇的映射通常是根據(jù)有關(guān)用戶希望他們的圖像如何出現(xiàn)在特定的應(yīng)用中的觀察結(jié)果而以實驗方式得到的。例如在血管應(yīng)用中，用戶通常想要抑制低的層次(level)和增強血管壁并以白色清晰地表示。例如在胸部和肝臟圖像中，用戶通常想要使低的灰度層次清晰地分布，以便更好地鑒別在圖像的低層次區(qū)域中細微的對比度差別。當用戶選擇新的映射時，新的映射函數(shù)代替以前使用的映射函數(shù)(它在第一例中是執(zhí)行臨床應(yīng)用的缺省映射)。新的映射亮度值的范圍顯示在圖像旁邊被顯示的亮度橫條上，并且所使用映射的標識可以連同圖像一起被存儲以供以后使用。所存儲的映射函數(shù)，如灰度映射函數(shù)130的缺省的映射，通常是一個查找表，由此輸入回波值將尋址到一個灰度映射的輸出亮度值。
按照本發(fā)明的再一方面，被映射成標準化的顯示函數(shù)(SDP)的圖像被施加到SDF/DD變換處理器134，該變換處理器把被映射到標準化的亮度值的圖像變換成一系列適用于超聲系統(tǒng)100的顯示裝置150的顯示值。例如，施加在變換處理器134的輸入端的圖像數(shù)據(jù)可被映射成一系列離散的亮度值，該亮度值以圖形方式畫成典型的CRT顯示裝置150的亮度值的標準曲線，如圖3所示。然而，不同的顯示裝置150可以響應(yīng)于一系列數(shù)字驅(qū)動水平(DDL)，該數(shù)字驅(qū)動水平按照對于不同的顯示裝置特定的顯示函數(shù)被畫成亮度值，正如由平板顯示裝置響應(yīng)曲線32顯示的。為了在獨特的顯示裝置150上忠實地重現(xiàn)標準化圖像的亮度水平，SDF曲線的數(shù)值必須從裝置特定的響應(yīng)曲線32的那些數(shù)值被變換成曲線34的那些數(shù)值，其表示線性刻度的超聲圖像的亮度范圍。這優(yōu)選地是用輸出的DDL值的查找表完成的，這些值是根據(jù)變換處理器134的輸入端處的標準化圖像的輸入亮度值找到的。另一個顯示裝置可以具有不同的顯示響應(yīng)，因而要進行從SDF曲線到另一個裝置函數(shù)值的變換，以便精確地驅(qū)動不同的顯示裝置。當把由變換處理器134產(chǎn)生的DDL數(shù)值加到顯示裝置150時，顯示器以裝置特定的驅(qū)動電平被驅(qū)動，這使得顯示器產(chǎn)生的圖像能符合DICOM顯示標準的人的感受水平的亮度水平。
按照本發(fā)明的另一方面，超聲系統(tǒng)用戶可以響應(yīng)環(huán)境照明水平而改變用于顯示裝置150的顯示函數(shù)。這允許用戶在考慮到一個在其中使用超聲系統(tǒng)的房間內(nèi)的照明水平的情況下來調(diào)節(jié)標準化圖像的顯示亮度。當房間內(nèi)的照明變?yōu)楦習r，圖像顯示的較低的動態(tài)范圍惡化，這主要由于房間的光被顯示器表面的反射。這將導(dǎo)致那些靠得足夠近從而滿足了剛好能被注意到的差值顯示準則的更暗的數(shù)值變?yōu)樵谝曈X上不再能分辨清楚，由此減小了存在細微的組織差別的區(qū)域中圖像的診斷值。這個問題在具有CRT監(jiān)視器的系統(tǒng)的情形下是更嚴重的，因為與諸如LCD顯示器那樣的平板顯示器相比較，監(jiān)視器的玻璃將反射相當大量的光，而諸如LCD顯示器那樣的平板顯示器的濾色鏡和透鏡將吸收更多的環(huán)境光。
解決房間照明差別的傳統(tǒng)的方法是提供用戶可以按照環(huán)境光的水平調(diào)節(jié)的顯示裝置的亮度和對比度控制。隨著房間變得更亮，用戶能調(diào)整顯示器的亮度和對比度控制。然而，這個方法不太可能按需要的方式調(diào)節(jié)圖像亮度，它特別地是要把剛好能被注意到的差別恢復(fù)到較低的亮度水平。為了達到這個想要的結(jié)果，本發(fā)明人在不同的環(huán)境光的條件下用光度計以實驗方式測量顯示裝置150返回的光。這些條件在五個環(huán)境光水平上從非常暗的照明的房間變化到非常明亮的照明的房間。不同的灰度值的光照的水平被記錄并用于以實驗方式產(chǎn)生具有查找表形式的五條不同的曲線，如圖4所示。這個圖上顯示的曲線是作為與裝置無關(guān)的標準化數(shù)值的p值相對特定的顯示裝置150的數(shù)字驅(qū)動電平的函數(shù)。當環(huán)境光的水平增加時，這些曲線將提升低水平響應(yīng)，這時對光的水平改變最為靈敏。曲線41例如在它的范圍內(nèi)是相對較線性的。這個曲線用于明亮地照明的房間，在那里在低的亮度水平下顯示動態(tài)范圍的惡化需要更多的補償。那些標號較高的曲線被用于逐步變暗的環(huán)境房間照明水平。曲線49例如在接連的低的灰度水平之間施加更快速的改變，正如從圖形的原點附近的陡峭的曲線形狀所看到的那樣。這個顯示函數(shù)將在為保持被顯示圖像的診斷值而需要的低水平驅(qū)動值上施加上更大的差異，特別是在照明暗的房間中的低亮度水平。
當房間內(nèi)的環(huán)境照明水平增加或減小時，用戶將通過操縱在控制面板120或用戶接口上的用戶亮度控制130來調(diào)節(jié)顯示的圖像，由此根據(jù)環(huán)境照明函數(shù)136的選項中選擇新的環(huán)境照明函數(shù)。新的環(huán)境照明函數(shù)(如由曲線組41-49表示的)然后被用來把標準化的圖像顯示函數(shù)SDF變換成用于顯示裝置150的環(huán)境照明調(diào)節(jié)的顯示函數(shù)。將會看到，本發(fā)明的實施例可以使用變換處理器134中的單個原始的SDF/DD變換函數(shù)，它被環(huán)境照明函數(shù)存儲裝置136的環(huán)境照明函數(shù)之一所增擴。替換地，環(huán)境照明函數(shù)存儲裝置136的每個查找表可以影響從標準函數(shù)到對特定的環(huán)境照明條件所需要的驅(qū)動電平的總的變換，在這種情形下，由用戶選擇的單個查找表執(zhí)行用于顯示的全部變換。這樣的實施方案的選擇是設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮的事情。
還將會看到，超聲系統(tǒng)可以配備有環(huán)境照明傳感器140，它使得系統(tǒng)能夠根據(jù)感測的環(huán)境照明條件自動選擇和施加適當?shù)沫h(huán)境照明變換函數(shù)136。優(yōu)選地，如果用戶寧愿要人工調(diào)節(jié)顯示，則這種自動調(diào)節(jié)模型可被接通或關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種超聲診斷成像系統(tǒng)，它產(chǎn)生具有由顯示標準規(guī)定的可見外觀的圖像，包括一個超聲探頭，它接收來自對象的回波信號；一個被耦合到探頭的處理器，它響應(yīng)接收的回波信號和產(chǎn)生圖像值；一個響應(yīng)圖像值的映射處理器，它使用能滿足顯示標準的所需映射函數(shù)來映射圖像值；一個響應(yīng)映射處理器的通信端口，它向外部存儲裝置或顯示裝置提供滿足顯示標準的圖像；一個用于成像系統(tǒng)的顯示裝置；以及一個響應(yīng)映射處理器并被耦合到成像系統(tǒng)顯示裝置的變換處理器，它把滿足顯示標準的圖像變換成顯示裝置的特征顯示函數(shù)。
2.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括多個響應(yīng)用戶控制和被耦合到變換處理器的環(huán)境照明函數(shù)，它們使標準化的圖像變換成對于不同的環(huán)境照明條件的用于顯示裝置的顯示函數(shù)。
3.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中變換函數(shù)還包括一個響應(yīng)圖像的查找表，它滿足一個用于產(chǎn)生成像系統(tǒng)顯示裝置的驅(qū)動電平信號的標準顯示函數(shù)。
4.權(quán)利要求3的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中成像系統(tǒng)顯示裝置包括平板顯示器。
5.權(quán)利要求2的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中多個環(huán)境照明函數(shù)作為查找表而被存儲。
6.權(quán)利要求5的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中環(huán)境照明函數(shù)擴充了一個函數(shù)，該函數(shù)把標準化的圖像變換成用于特定的顯示裝置的驅(qū)動電平。
7.權(quán)利要求5的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中各個環(huán)境照明函數(shù)的每一個對于不同的環(huán)境照明條件執(zhí)行一個變換，用于把標準化圖像變換到用于特定顯示裝置的驅(qū)動電平。
8.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中映射處理器響應(yīng)用于把圖像值映射成灰度圖的圖像值。
9.權(quán)利要求8的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括被耦合到映射處理器的不同的灰度映射的一個源；以及還包括用戶控制裝置，該用戶控制裝置被耦合到該不同的灰度映射的源，用于選擇特定的灰度映射以供映射處理器使用。
10.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中映射處理器還包括對數(shù)變換器，它用來把圖像值變換成對數(shù)范圍的數(shù)值。
11.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中映射處理器還包括一個處理器，它響應(yīng)于圖像值，以便把圖像值映射成一個剛好能被注意到的不同的顯示值的映射函數(shù)。
12.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中變換處理器還包括一個處理器，它把一個剛好能被注意到的不同顯示值的標準化圖像變換成顯示器的驅(qū)動電平，這些驅(qū)動電平是顯示器的特性并重現(xiàn)剛好能被注意到的不同亮度的顯示水平的圖像。
13.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中通信端口被耦合到一個網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括發(fā)射型圖像顯示器和打印型圖像顯示器中的至少一項。
14.權(quán)利要求1的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括環(huán)境照明傳感器；以及響應(yīng)于環(huán)境照明傳感器和被耦合到變換處理器的多個環(huán)境照明函數(shù)，該處理器能針對不同的環(huán)境照明調(diào)節(jié)而把標準化的圖像變換成用于顯示裝置的顯示函數(shù)。
全文摘要
描述了一種超聲診斷成像系統(tǒng)，它按照諸如DICOM標準的顯示標準產(chǎn)生圖像。DICOM標準圖像可被輸出和被重現(xiàn)在諸如工作站的其它顯示裝置和膠片或圖像打印機上。由系統(tǒng)產(chǎn)生的標準化的圖像被變換成獨特的驅(qū)動電平，它們是供觀看用的系統(tǒng)顯示裝置的特性。變換是在不同的環(huán)境照明條件下用戶為觀看標準化圖像而可加以控制的。
文檔編號G06T5/40GK101023375SQ200580023643
公開日2007年8月22日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者N·內(nèi)雷森, D·拉斯特, T·烏爾里克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司