用於在醫學成像中進行圖像顯示的方法
2023-06-17 20:44:06
專利名稱：用於在醫學成像中進行圖像顯示的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在醫學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範圍的圖像數據變換為具有第二對比度範圍的圖像數據，並以第二對比度範圍顯示在介質上。
背景技術：
醫學成像是醫療診斷的重要分支。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圖像，並在相應的介質上顯示。現在，幾乎只以數字形式提供這些在成像測量中獲得的圖像數據。
利用用於採集測量數據的醫療設備，如計算機斷層造影設備或磁共振斷層造影設備，可以獲得例如12位的圖像數據，從而使這些圖像數據的灰度值範圍包括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據的高對比度範圍減小到較低的對比度範圍，典型的是8位，也就是包括256個灰度級。一般不傾向於將圖像數據的高對比度範圍簡單地線性變換到較低的對比度範圍，因為這可能會導致在感興趣的圖像區域內產生不合理的信息丟失。這樣，例如在特定的用於顯示單個器官的應用中，對於產生的計算機斷層攝影圖像數據，只對位於相對較窄的灰度值範圍內的強度值或灰度值感興趣。因此，為了在介質上無損失地顯示這種圖像區域，從該圖像數據的對比度範圍中選出位於該相對較窄灰度值範圍內的一段，其寬度相當於例如256個或更少的灰度級。這種通過選擇截段來變換對比度範圍的方法稱為窗化(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為黑色。
變換對比度範圍的另一種方法是採用可以非線性變換對比度的變換表(LUTLook-up-Table)。在此，每個原始圖像數據的灰度值都對應一個表項，其通過數學運算增加或減小該特定灰度值。通過這種方式，不僅可以在圖像數據內進行窗化或對比度壓縮，還可以任意更改對比度特性。
到目前為止，一般由相應成像設備的使用人員手動對成像測量中獲得的圖像數據進行對比度變換。此時，該使用人員或診斷醫生根據成像測量的圖像類型或種類，為相應介質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，並使它們與其對比度範圍相匹配。因此，對所獲圖像數據的對比度範圍進行可靠的自動窗化就具有顯著的優點。
但是，到目前為止公知的用於自動窗化的方法都還沒有成功實施，因為它們對許多現有圖像類型無法給出可以接受的結果。這些公知方法都是基於對所獲圖像數據灰度值的分析，然後在此基礎上進行對比度壓縮。對此的一個例子是直方圖比較法。
DE19742118A1公開了一種用於變換數字圖像數據對比度範圍的方法，其中，在進行分析時考慮圖像的局部圖像區域。該方法也需要分析圖像數據的灰度值範圍，其中，對背景進行分析，產生掩蔽圖(Maskenerzeugung)並估計參數，以及為變換對比度進行分析，以將對比度範圍在壓縮圖像中位置緩慢變化的區域中進行壓縮，並基本上保持精細的結構。
然而，該方法也不會對所有的現有圖像類型都產生令使用者或診斷醫生滿意的結果，此外，該方法還需要進行大量的計算。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種用於在醫學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據的對比度範圍，對多種圖像類型都能為使用者提供優化的結果。
本方法的技術問題是通過一種用於在醫學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範圍的圖像數據變換為具有第二對比度範圍的圖像數據，並以該第二對比度範圍顯示在一介質上。根據由該成像測量的圖像數據獲得的有關該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，並利用與該圖像類別相匹配的參數進行該變換。
本方法的優點在於，所述變換是通過窗化實現的，其中，所述匹配參數描述了在與所述第一對比度範圍相應的灰度值刻度內的中心和寬度。
此外，所述變換是通過藉助變換表(LUT)的非線性匹配實現的，其中，所述匹配參數描述了該變換表。在所述變換中，通過所述變換表將第一對比度範圍的不同灰度值區域與不同的顏色相對應，利用這些顏色在所述介質上顯示圖像數據。
優選由專業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。
本發明的方法還通過一自學習系統確定和/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。
還可以由使用人員對與不同圖像類別相匹配的參數進行更改。
此外，從預先給定的不同圖像類別組中確定圖像類別是這樣實現的，即將附加信息中包含的特徵與一存儲在存儲器中的表進行比較，在該表中不同的特徵對應於不同的圖像類別。
在用於醫學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範圍的圖像數據變換為具有第二對比度範圍的圖像數據，並以第二對比度範圍顯示在介質上，根據由成像測量的圖像數據獲得的有關圖像和/或測量的附加信息，從一組預先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，並利用與該圖像類別相對應的參數進行所述變換。
在本方法中，醫學成像系統是這樣設置的，即，它可以實現可再現的結果。這可以通過系統校準來實現，它取決於已由製造商實施的校準或調節的類型，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，都要通過這種系統校準保證目前使用的成像設備能產生可再現的結果。這也適用於用這種設備所獲得的圖像數據的對比度範圍，它不依賴於經受成像測量的各患者。因此，根據採用的測量方法和圖像類型或導致形成該圖像的測量數據分析方法，總是可以獲得用於顯示同一身體區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據還可獲得至少給出測量方法(例如所採用的測量序列)和圖像類型的附加信息。本發明中採用這些有關圖像和/或測量的附加信息，以便將該圖像數據與一組預先給定的不同圖像類別中的某個圖像類別相對應。對於這些不同圖像類別中的每一個，都事先確定用於變換該圖像類別的圖像數據對比度範圍的參數。正是基於成像測量的可再現性才使得這種確定成為可能。最後，利用這些事先為每個圖像類別優化確定的參數進行變換。
通過結合已事先確定的各圖像類別的參數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用目標來說是最佳對比度範圍的圖像數據。在此，特別要考慮不同的測量方法和分析方法結果之間或根據分析方法產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，而在用於顯示同一區域的灰色或白色腦組織的圖像類型中，則須使血管出現在背景中。通過對用圖像數據獲得的附加信息進行分析，可以區分這兩種圖像類型，並分別自動實現對比度範圍的最佳變換，尤其是實現最佳窗化。
在現有技術的公知方法中，是通過分析圖像的灰度值分布來確定用於變換對比度範圍的參數，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據相關的附加信息進行分析。這些附加信息一般存在於所謂數組頭中。在醫學成像中，在此採用了所謂的DICOM標準，它在頭部包含了這類附加信息。DICOM(Digital Imaging and Communications inMedicine，醫學數字圖像和通信)是世界範圍適用的用於放射醫學的特殊標準。它是根據OSI模型，即允許在不同系統間通信的開放式系統互聯模型設計的。利用該標準，可以在不同成像和圖像數據處理設備之間交換圖像和數據。DICOM對用於放射圖像的格式的結構和所描述的參數以及用於交換這些圖像的命令進行標準化，還對其它數據對象的描述進行標準化，如圖像次序、檢查序列和檢查結果。
在實施本方法之前，必須將由不同醫學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，根據分別由所獲圖像數據傳遞的附加信息生成特徵空間，其中，分別將各圖像類別綜合在一單個區域內。在劃分圖像類別後，為各圖像類別確定用於變換對比度範圍的參數，用於以後在相應的介質上對診斷進行最佳顯示。這可以例如通過以下方式實現，即，對於窗化在對比度範圍的灰度值刻度內給出灰度值區域的位置和寬度。在此，不同的圖像類別通常對應不同的窗值。
當然，也可以根據圖像類別藉助LUT進行變換。在這種情況下，為每個相應的圖像類別配置一個與其相應的LUT，利用它可以為該圖像類別的變換實現所期望的結果。
優選的是，事先由專業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，並將參數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的附加信息中的特徵以及與各圖像類別相匹配的參數之後，可以將這些結果用於所有的成像測量。這種分類和參數化既可以全局地用於全部系統，也可以選擇性地用於單個系統類型，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量也是任意的。不言而喻，能確定的圖像類別數量越大，所獲得的結果就越好。
在另一個優選實施方式中，通過自學習系統，如神經網絡或遺傳算法來自動進行分類和參數化。此時，要求使用者可以在最初出現的誤差匹配中根據其期望校正變換參數。該自學習系統測取後改善值(Nachbesserung)，並考慮那些預先給出的圖像類別和相應的參數。在這種情況下，不是一開始就最終確定這些參數，而是由該自學習系統在各成像系統運行期間匹配或細化這些參數。這可以實現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預先給定個人特定的圖像類別和相應參數。
本方法可以對成像測量獲得的圖像數據的對比度範圍或灰度值範圍進行自動變換，尤其是進行自動窗化，並避免由使用者對圖像進行需要大量時間和費用的後處理。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，並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，可以考慮到診斷醫生的特殊需要或期望。
下面將結合附圖和本方法的實施方式對本發明進一步進行簡述。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據。這些圖像數據具有12位的對比度範圍，也就是4096個灰度級，這在許多成像測量方法中是屬於標準的。當然，也可以用本方法變換具有其它例如高於12位對比度範圍的圖像數據。
從DICOM頭中，讀出有關以所獲圖像數據為基礎的測量方法以及生成圖像數據的分析方法的附加信息及圖像類型，並與存儲器中的相應特徵進行比較，在該存儲器中這些特徵與各圖像類別I、II…X相對應。根據這種比較確定出屬於所讀出的附加信息的圖像類別。在該附加信息中列舉的特徵可以是對例如DICOM圖像類型、測量是否利用造影劑、測量中所採用的序列、重複時間、回波時間、身體區域或T2*的說明。作為不同的圖像類別，可以考慮例如T1加權圖像、T2加權圖像、回波平面技術(EPI)圖像或MIP圖像。當然，並不僅限於以上所列舉的，還可以根據可能的磁共振測量方法和測量數據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PI、PII…PX相對應，這些參數尤其可以通過窗化方式，將所獲得的圖像類別的圖像數據的對比度範圍變換為另一個對比度範圍，利用該對比度範圍可以為要進行的診斷優化地顯示圖像數據。在窗化情況下，這些分別與各圖像類別對應的參數PI、PII…PX在所獲原始圖像數據的灰度值刻度內分別包括位置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據的圖像類別之後，根據與該圖像類別對應的參數對對比度範圍進行變換。最後，在相應的介質(例如顯示器)上顯示這些以這種方式獲得的具有改變了的、一般較低的對比度範圍的圖像數據。
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)獲得的圖像數據也可採用相同的方法步驟。在這類圖像數據中，作為附加信息中的特徵例如DICOM圖像類型可以包括測量中採用的電子管電壓和電流、採用的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。所有這些特徵都會影響在圖像中獲得的對比度，並在必要時需要其它用於變換對比度範圍的參數。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。當然，也不僅限於上述所列舉的。專業人員還可以根據顯示所需的不同參數適當地選擇圖像類別。優選的是，由專業人員事先一次性地劃分圖像類別以及匹配參數，然後放置於系統的存儲器中用於所有用該系統進行的測量。還可選擇集成一自學習系統，在後改善中，使用人員根據可從該後改善中推導出的優先選擇使該系統與參數匹配和選擇相適應。
圖2示例性地示出了窗化技術，用於將圖像數據的例如12位的第一對比度範圍變換為例如8位的第二對比度範圍，以用於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據的4096個灰度級，其中，灰度級黑色對應於值0，灰度級白色對應於值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，則必須相應地變換對比度範圍。
在該窗化中，用位置C和寬度W選擇圖像數據灰度值刻度內的灰度值範圍，該範圍通過隨後的展開而顯示在顯示器的整個亮度範圍內。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解析度顯示例如具有256個灰度級寬度W的對比度範圍。在這裡，C+W/2之上的原始圖像數據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據時，可能需要其它變換參數，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化的顯示結果。這在圖2中通過與其它變換參數對應的虛線示出。
在可能的實施方式中，圖2示出的兩個灰度值範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該顏色顯示來區分這兩個區域。
原理上，在本方法中，可以通過預先給定相應的參數將圖像數據劃分為多個圖像類別，這些圖像類別分別與用於變換對比度範圍的、對各圖像類別都是優化的不同參數相匹配。既可以完全自動地藉助附加信息對圖像或圖像數據進行分類，也可以完全自動地利用各匹配參數進行變換。然而，如果使用者希望與最佳對比度範圍變換不一致的顯示結果，當然也可以為使用者設置後改善方法。
以同樣的方式，也可以通過預先給定應用於相應圖像數據的LUT來實現對比度範圍的變換或壓縮，在此，對各圖像類別也可以配置其各自的LUT作為變換參數。
權利要求
1.一種用於在醫學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範圍的圖像數據變換為具有第二對比度範圍的圖像數據，並以該第二對比度範圍顯示在一介質上，其特徵在於，根據由該成像測量的圖像數據獲得的有關該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預先給定的不同圖像類別中自動確定出一個圖像類別，並利用與該圖像類別相匹配的參數進行該變換。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述變換是通過窗化實現的，其中，所述匹配參數描述了在與所述第一對比度範圍相應的灰度值刻度內的中心和寬度。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述變換是通過藉助變換表(LUT)的非線性匹配實現的，其中，所述匹配參數描述了該變換表。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述變換中，通過所述變換表將第一對比度範圍的不同灰度值區域與不同的顏色相對應，利用這些顏色在所述介質上顯示圖像數據。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，由專業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。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，通過一自學習系統確定和/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。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述與不同圖像類別相匹配的參數可以由使用人員進行更改。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，所述從預先給定的不同圖像類別組中確定圖像類別是這樣實現的，即，通過將附加信息中包含的特徵與一存儲在存儲器中的表進行比較，在該表中不同的特徵對應於不同的圖像類別。
全文摘要
本發明涉及一種用於在醫學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範圍的圖像數據變換為具有第二對比度範圍的圖像數據，並以該第二對比度範圍顯示在介質上。在本方法中，根據由成像測量的圖像數據獲得的有關該圖像和/或該測量的附加信息，從一組預先給定的不同圖像類別中自動確定一個圖像類別，並用與該圖像類別匹配的參數進行變換。本方法可以自動變換對比度範圍，以便在介質上最佳地顯示圖像，從而可以自動實現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 優先權日2002年3月25日
發明者羅蘭·費伯, 奧利弗·施雷克 申請人:西門子公司