专利名称：在环境照明控制下观看标准化的数字图像的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗诊断成像系统，特别是超声诊断成像系统，它能传送和观看标准化的图像而同时允许用户对可变的环境照明条件进行控制。
数字化图像的采集、存储和观看现在是医疗诊断成像的主题。在超声中，数字图像的使用从二十年以前就已随着数字扫描变换器的出现而开始。通过图像的像素值的数字化，图像可以以量化的精度被传送、存储和重现。在许多国家中已把各种标准放在适当的地位以处理数字诊断图像。在美国，医疗的数字成像和通信(DICOM)标准已被开发和被实施，主要用于有关医疗图像的传送和存储的标准。对于用DICOM标准图像作出的诊断来说重要的是这样的用于诊断的图像所呈现的方式。对于医疗诊断图像重要的是要以相同的视觉一致性来进行显示，从而导致一致的诊断。在超声监视器上显示的图像在被传送到和在诊断工作站被观看或在被打印在胶片或照相纸上时，应当具有同样的可见外观。
处理图像的视觉表示的DICOM标准的一部分是PS 3.14。该标准的这个部分规定了一个把像素值与所显示的亮度水平相联系的函数。特别地，PS 3.14提供客观的定量的机制，以用于把数字图像值映射到给定范围的亮度水平。通过使用像素值与亮度水平之间已知的函数关系，图像可以在不同的装置或媒体上以它在其原始的采集装置上具有的相同的断数值被显示和观看。
PS 3.14在设计中要消除的一个变量是用户喜好的可变性，这种可变性可以被用户利用来调节图像以使得用户个人感觉它是一个更适于诊断的呈示。可以驱动用户作出这样的调节的一个环境变量是病人进行检查的房间或实验室中的照明。在某些情形下，房间可以很亮地照明，例如使得病人感觉很舒服和很放松。在其它的情形下，房间可能是较昏暗的照明，使得所显示的图像的细微的细节更加容易受到诊断者的关心。在另外的情形下，图像可以在明亮的照明的房间中采集，然后以电子方式传送到昏暗照明的诊断实验室中的工作站供诊断医生判读。在这些可变化的条件下，操作声谱仪的人员将希望调节诸如亮度和对比度那样的图像显示控制，以便呈现使他或她感觉是最适于诊断的图像。图像必须可以传送到其它装置或可观看的媒体，在那里它保持与它向原始成像系统操作员提供的相同的诊断值。
按照本发明的原理，超声诊断成像系统产生遵从诸如DICOM那样的视觉感知标准的图像以便进行传送和在不同的媒体上观看。提供了一个一个处理器以用于把标准化图像变换成成像系统显示装置的显示函数。提供了一个系统用户控制或环境照明传感器，它使得标准化的图像能够在具有被修改成考虑不同的环境照明条件的显示函数的该成像系统显示装置上被显示。因此用户可以在成像系统上观看到在各种不同环境照明条件下的诊断的图像，以及可以输出或打印具有标准化的视觉感受和诊断值的图像。
在附图上
图1以框图的形式显示按照本发明的原理建造的超声诊断成像系统。
图2图形地显示亮度的标准化灰度显示函数相对于观察人员刚能感受到的亮度差值的关系。
图3图形地显示标准化的显示函数变换为成像系统显示装置的显示函数。
图4图形地显示一系列不同环境照明条件下的显示函数，这些环境照明条件可以由用户选择来用于控制显示装置。
首先参照图1，图上以框图的形式显示按照本发明的原理建造的超声诊断成像系统。成像系统100包括具有一个阵列换能器112的扫描头110，它在图像范围内以不同的角度发送波束。波束的发送由发送器114控制，它控制阵列换能器112的每个单元的驱动频率、相位和时间，以使得每个波束从预定的发源点沿阵列和以预定的角度被发送。从沿每个波束方向返回的回波被阵列的单元接收，并通过模拟-数字转换被数字化，然后被耦合到数字波束成形器116。数字波束成形器116把来自换能器112的阵列单元的回波延迟并相加，形成沿每条扫描线或波束方向的已聚焦的相干数字回波样本的序列。样本的序列被用来形成相应于由波束成形器116形成的波束的各个图像帧。发送器114和波束成形器116在系统控制器118的控制下被操作，系统控制器118则进而又响应于由超声系统100的用户操作的用户接口120上的控制设置值。系统控制器118控制发送器114以需要的角度、发送能量和频率发送所需数量的扫描线组。系统控制器118还控制数字波束成形器116针对所使用的孔径和图像深度适当地延时和组合所接收的回波信号。
扫描线回波信号由可编程数字滤波器122进行滤波，该滤波器规定了感兴趣的频带。当对谐波对比度试剂进行成像或进行组织谐波成像时，滤波器122的通带被设置为使发送带的谐波通过。经滤波的信号然后被检测器124检测。对于B模式成像，检测器124执行回波信号包络的幅度检测。对于多卜勒成像，图像的每个点的回波集合被组合，并进行多卜勒处理，以估计多卜勒漂移或多卜勒功率强度。来自图像的扫描线的回波数据被收集在图像存储器126中。图像的数据被耦合到扫描变换器128，在那里回波数据被安排成所需的图像格式，诸如矩形线性扫描的图像或扇形图像。
回波信号在被称为映射的处理过程中被变换成一系列显示值。一组灰度图像值经受到灰度映射处理130，而多卜勒值通常经受到彩色映射处理。灰度映射通常包括回波值的对数变换，以便把回波值变换成由人的眼睛更容易分辨的一系列数值。通过对数变换映射的灰度将把较低的亮度值映射成这样的一系列数值，在其中稍微不同的较暗的数值可以更容易被区分，从而使得能更好地确定更细微的组织特性。按照本发明，回波值被映射为标准化的灰度显示函数，以使得在灰度范围中的各个步骤产生对一般的观察人员的视觉感受的灰度水平有相等间隔的差值。在本发明所建立的实施例中灰度图像被映射成DICOM标准的亮度显示值的标准显示函数(SDF)。SDF的亮度值是在PS 3.14中所规定的那些亮度值。图2显示对数尺度的亮度值相对DICOM标准化显示函数的刚能注意到的差值的指数(index)的一个曲线。
被映射到SDF的图像然后可被传送到外部网络、存储装置和显示装置，诸如工作站、纸张打印机、和胶片打印机。当这些装置被配置成符合DICOM标准图像时，图像可被重现成相同的诊断值。图像在各种情况下以相同的诊断的呈示可在发射型显示器(诸如在变暗的房间中的工作站监视器)或LCD显示器上被显示，或被打印在透明的胶片和在放射学灯箱(light-box)上被观看，或被打印在光滑的或非光滑的照相纸上。这是通过把标准DICOM图像施加到各个显示装置的显示特性曲线上而完成的，该显示装置把标准图像变换成显示装置的已知的显示特性。对于其上显示图像的各种各样的显示装置，图像将在显示装置的极限范围内呈现相同的诊断值。
按照本发明的另外的方面，用户具有这样的能力即在图像的诊断方面选择用户认为是最好呈示的映射。这是通过藉助于用户控制面板120和系统控制器118从灰度映射储存装置132中选择新的映射函数而实现的。这种用户可选择的映射通常是根据有关用户希望他们的图像如何出现在特定的应用中的观察结果而以实验方式得到的。例如在血管应用中，用户通常想要抑制低的层次(level)和增强血管壁并以白色清晰地表示。例如在胸部和肝脏图像中，用户通常想要使低的灰度层次清晰地分布，以便更好地鉴别在图像的低层次区域中细微的对比度差别。当用户选择新的映射时，新的映射函数代替以前使用的映射函数(它在第一例中是执行临床应用的缺省映射)。新的映射亮度值的范围显示在图像旁边被显示的亮度横条上，并且所使用映射的标识可以连同图像一起被存储以供以后使用。所存储的映射函数，如灰度映射函数130的缺省的映射，通常是一个查找表，由此输入回波值将寻址到一个灰度映射的输出亮度值。
按照本发明的再一方面，被映射成标准化的显示函数(SDP)的图像被施加到SDF/DD变换处理器134，该变换处理器把被映射到标准化的亮度值的图像变换成一系列适用于超声系统100的显示装置150的显示值。例如，施加在变换处理器134的输入端的图像数据可被映射成一系列离散的亮度值，该亮度值以图形方式画成典型的CRT显示装置150的亮度值的标准曲线，如图3所示。然而，不同的显示装置150可以响应于一系列数字驱动水平(DDL)，该数字驱动水平按照对于不同的显示装置特定的显示函数被画成亮度值，正如由平板显示装置响应曲线32显示的。为了在独特的显示装置150上忠实地重现标准化图像的亮度水平，SDF曲线的数值必须从装置特定的响应曲线32的那些数值被变换成曲线34的那些数值，其表示线性刻度的超声图像的亮度范围。这优选地是用输出的DDL值的查找表完成的，这些值是根据变换处理器134的输入端处的标准化图像的输入亮度值找到的。另一个显示装置可以具有不同的显示响应，因而要进行从SDF曲线到另一个装置函数值的变换，以便精确地驱动不同的显示装置。当把由变换处理器134产生的DDL数值加到显示装置150时，显示器以装置特定的驱动电平被驱动，这使得显示器产生的图像能符合DICOM显示标准的人的感受水平的亮度水平。
按照本发明的另一方面，超声系统用户可以响应环境照明水平而改变用于显示装置150的显示函数。这允许用户在考虑到一个在其中使用超声系统的房间内的照明水平的情况下来调节标准化图像的显示亮度。当房间内的照明变为更亮时，图像显示的较低的动态范围恶化，这主要由于房间的光被显示器表面的反射。这将导致那些靠得足够近从而满足了刚好能被注意到的差值显示准则的更暗的数值变为在视觉上不再能分辨清楚，由此减小了存在细微的组织差别的区域中图像的诊断值。这个问题在具有CRT监视器的系统的情形下是更严重的，因为与诸如LCD显示器那样的平板显示器相比较，监视器的玻璃将反射相当大量的光，而诸如LCD显示器那样的平板显示器的滤色镜和透镜将吸收更多的环境光。
解决房间照明差别的传统的方法是提供用户可以按照环境光的水平调节的显示装置的亮度和对比度控制。随着房间变得更亮，用户能调整显示器的亮度和对比度控制。然而，这个方法不太可能按需要的方式调节图像亮度，它特别地是要把刚好能被注意到的差别恢复到较低的亮度水平。为了达到这个想要的结果，本发明人在不同的环境光的条件下用光度计以实验方式测量显示装置150返回的光。这些条件在五个环境光水平上从非常暗的照明的房间变化到非常明亮的照明的房间。不同的灰度值的光照的水平被记录并用于以实验方式产生具有查找表形式的五条不同的曲线，如图4所示。这个图上显示的曲线是作为与装置无关的标准化数值的p值相对特定的显示装置150的数字驱动电平的函数。当环境光的水平增加时，这些曲线将提升低水平响应，这时对光的水平改变最为灵敏。曲线41例如在它的范围内是相对较线性的。这个曲线用于明亮地照明的房间，在那里在低的亮度水平下显示动态范围的恶化需要更多的补偿。那些标号较高的曲线被用于逐步变暗的环境房间照明水平。曲线49例如在接连的低的灰度水平之间施加更快速的改变，正如从图形的原点附近的陡峭的曲线形状所看到的那样。这个显示函数将在为保持被显示图像的诊断值而需要的低水平驱动值上施加上更大的差异，特别是在照明暗的房间中的低亮度水平。
当房间内的环境照明水平增加或减小时，用户将通过操纵在控制面板120或用户接口上的用户亮度控制130来调节显示的图像，由此根据环境照明函数136的选项中选择新的环境照明函数。新的环境照明函数(如由曲线组41-49表示的)然后被用来把标准化的图像显示函数SDF变换成用于显示装置150的环境照明调节的显示函数。将会看到，本发明的实施例可以使用变换处理器134中的单个原始的SDF/DD变换函数，它被环境照明函数存储装置136的环境照明函数之一所增扩。替换地，环境照明函数存储装置136的每个查找表可以影响从标准函数到对特定的环境照明条件所需要的驱动电平的总的变换，在这种情形下，由用户选择的单个查找表执行用于显示的全部变换。这样的实施方案的选择是设计和系统结构考虑的事情。
还将会看到，超声系统可以配备有环境照明传感器140，它使得系统能够根据感测的环境照明条件自动选择和施加适当的环境照明变换函数136。优选地，如果用户宁愿要人工调节显示，则这种自动调节模型可被接通或关断。
权利要求
1.一种超声诊断成像系统，它产生具有由显示标准规定的可见外观的图像，包括一个超声探头，它接收来自对象的回波信号；一个被耦合到探头的处理器，它响应接收的回波信号和产生图像值；一个响应图像值的映射处理器，它使用能满足显示标准的所需映射函数来映射图像值；一个响应映射处理器的通信端口，它向外部存储装置或显示装置提供满足显示标准的图像；一个用于成像系统的显示装置；以及一个响应映射处理器并被耦合到成像系统显示装置的变换处理器，它把满足显示标准的图像变换成显示装置的特征显示函数。
2.权利要求1的超声诊断成像系统，还包括多个响应用户控制和被耦合到变换处理器的环境照明函数，它们使标准化的图像变换成对于不同的环境照明条件的用于显示装置的显示函数。
3.权利要求1的超声诊断成像系统，其中变换函数还包括一个响应图像的查找表，它满足一个用于产生成像系统显示装置的驱动电平信号的标准显示函数。
4.权利要求3的超声诊断成像系统，其中成像系统显示装置包括平板显示器。
5.权利要求2的超声诊断成像系统，其中多个环境照明函数作为查找表而被存储。
6.权利要求5的超声诊断成像系统，其中环境照明函数扩充了一个函数，该函数把标准化的图像变换成用于特定的显示装置的驱动电平。
7.权利要求5的超声诊断成像系统，其中各个环境照明函数的每一个对于不同的环境照明条件执行一个变换，用于把标准化图像变换到用于特定显示装置的驱动电平。
8.权利要求1的超声诊断成像系统，其中映射处理器响应用于把图像值映射成灰度图的图像值。
9.权利要求8的超声诊断成像系统，还包括被耦合到映射处理器的不同的灰度映射的一个源；以及还包括用户控制装置，该用户控制装置被耦合到该不同的灰度映射的源，用于选择特定的灰度映射以供映射处理器使用。
10.权利要求1的超声诊断成像系统，其中映射处理器还包括对数变换器，它用来把图像值变换成对数范围的数值。
11.权利要求1的超声诊断成像系统，其中映射处理器还包括一个处理器，它响应于图像值，以便把图像值映射成一个刚好能被注意到的不同的显示值的映射函数。
12.权利要求1的超声诊断成像系统，其中变换处理器还包括一个处理器，它把一个刚好能被注意到的不同显示值的标准化图像变换成显示器的驱动电平，这些驱动电平是显示器的特性并重现刚好能被注意到的不同亮度的显示水平的图像。
13.权利要求1的超声诊断成像系统，其中通信端口被耦合到一个网络，该网络包括发射型图像显示器和打印型图像显示器中的至少一项。
14.权利要求1的超声诊断成像系统，还包括环境照明传感器；以及响应于环境照明传感器和被耦合到变换处理器的多个环境照明函数，该处理器能针对不同的环境照明调节而把标准化的图像变换成用于显示装置的显示函数。
全文摘要
描述了一种超声诊断成像系统，它按照诸如DICOM标准的显示标准产生图像。DICOM标准图像可被输出和被重现在诸如工作站的其它显示装置和胶片或图像打印机上。由系统产生的标准化的图像被变换成独特的驱动电平，它们是供观看用的系统显示装置的特性。变换是在不同的环境照明条件下用户为观看标准化图像而可加以控制的。
文档编号G06T5/40GK101023375SQ200580023643
公开日2007年8月22日 申请日期2005年6月23日 优先权日2004年7月13日
发明者N·内雷森, D·拉斯特, T·乌尔里克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司