图像观察窗的制作方法

专利名称：图像观察窗的制作方法
图像观察窗
本申请通常涉及图像处理。尽管其特别应用于计算机断层摄影(CT)， 但其也涉及其他医学和非医学成像应用。
计算机断层摄影(CT)图像数据的动态范围己经包括从大约+3000 (针 对骨骼)至大约-1000 (针对肺组织)的Hounsfield单位或CT数。如果对 每个CT数赋予不同的灰色阴影，则用灰度表现这一范围将需要大约4000 个灰度级。然而，CT系统仅包括显示最多256 (或28)个灰度级的8位监 视器，且人眼分辩大约35个灰度级。
使用过多或过少的灰度级可能损害对比分辨率并因此损害区分结构或 组织的能力。已经通过选择大于图像白噪声的窗宽(所显示的灰度级的数 量或CT数)和使得对应于感兴趣结构的CT数处于该窗宽内的窗位而改进了 特定的感兴趣结构的对比分辨率。
当使用这种窗时，具有在该窗之外的CT数的数据通常被赋予宽度范围 的最大值或最小值，这取决于该CT数是大于该窗的最大CT数还是小于该 窗的最小CT数。结果，具有在该窗之外的CT数的结构对观察者来说可能 是模糊的或不可见的。
为了可视化在窗之外的数据，用户可以改变窗位。当观察者希望同时 观察那些针对给定的窗宽需要不同的窗位以便以预期的对比分辨率进行观 察的结构时，这一方法可能变得有问题。例如，当观察者期望同时观察具 有相对高的CT数的结构(诸如骨骼、含有造影剂的脉管或钙沉积)和具有 相对低的CT数的结构(诸如肺部、脂肪或软组织)时，这一方法就不太适 用。在这种情况下，用户可以在窗设置之间反复以便交替地以预期的窗设 置观察较高CT数的结构或较低CT数的结构。遗憾的是，这可能是单调乏 味的，且用户不能够以预期的窗设置同时观察这些结构。
此外，观察一些具有次优窗设置的结构可能引入伪影。例如，彼此相 对紧邻的高度对比的结构的存在可能在边界区附近产生局部体积效应。该局部体积效应对窗位和窗宽设置是敏感的。结果，利用次优的窗设置可能
导致高度对比的结构浮散(blooming),这可能产生看起来比其相对真实的
尺寸更大的结构。可以改变窗设置以减少这种伪影，但是高度对比的结构 相对于图像的剩余部分通常较小，且改变整个图像的窗设置以减轻浮散对 于观察图像的其他区域来说可能是次优的。
本申请的各方面解决了上面指出的问题和其他问题。
根据一个方面， 一种用于使视口内的感兴趣区域可视化的方法包括
使用一组全局图像处理操作来呈现断层摄影图像数据作为视口中的图像； 在主视口中呈现观察窗；以及使用局部地针对所述观察窗的不同的第二组 图像处理操作，其中所述不同的第二组图像处理操作减少关于所述观察窗 中的预期的感兴趣结构的图像伪影。
根据另一方面， 一种计算机可读存储介质包括当被计算机执行时执行 以下步骤的指令使用第一组图像处理操作在视口中呈现图像；将观察门 覆盖在所述视口中的所述图像的子区域上；以及将第二组图像处理操作应 用于所述观察门中的所述子区域，其中所述第二组图像处理操作增强在所 述门中可观察到的感兴趣结构相对所述门中的其他结构的图像质量。
根据另一方面， 一种装置包括图像发生器，其处理指示由辐射源发 射的、横穿检查区域信号的辐射的信号，并在监视器上呈现指示所述检査 区域的图像；和图像增强器，其在所述图像的子区域之上产生观察门，并 将局部观察参数应用于所述观察门，其中所述局部观察参数对应于所述观 察门中的感兴趣结构。
本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述之后将意识到本发明 的更多方面。
本发明可以以各种部件和部件的布置以及各种步骤和步骤的布置而变 得明显。附图仅是用于图示说明优选实施例的目的而并不应被解读为限制 本发明。


图1图示说明一种具有提供图像观察窗的图像增强器的成像系统； 图2图示说明示例性的图像增强器；图3图示说明利用窗宽和窗位参数来观察支架的观察窗；
图4图示说明利用窗宽和窗位参数来观察支架和进行放大的观察窗；
图5图示说明相对于支架具有次优图像质量的图像；
图6图示说明一种用于可视化图像的方法。
参考图1，计算机断层摄影(CT)扫描器100包括围绕检查区域108 旋转的旋转扫描架部分104，该检查区域围绕纵轴或z轴。
旋转扫描架部分104支撑用于产生并辐射横穿检查区域108的X射线 的X射线源112，诸如X射线管。
旋转扫描架部分104还支撑X射线探测器116，该X射线探测器探测 由源112辐射的、横穿检查区域108的X射线。X射线探测器116产生X 射线投影数据，该X射线投影数据指示在围绕检查区域108的一个或多个 回转中针对相对于检査区域108的多个投影角所探测的X射线。
诸如躺椅等的对象支架120支撑检查区域108中的患者或其他对象。 对象支架120是可移动的，从而在执行扫描程序的同时相对于检查区域118 引导患者或其他受试者。
重建器124重建X射线投影数据以产生体积图像数据。该体积图像数 据指示检査区域108。
图像绘制引擎128处理该图像数据并在监视器等上以人类可读格式呈 现所处理的数据。
通用计算机用作操作者控制台132。控制台132包括用于接收来自诸如 键盘或鼠标等的输入设备的输入信号的输入接口。控制台132还包括用于 呈现所处理的数据作为视口中的图像的输出接口，诸如监视器。驻留在控 制台132上的软件控制扫描器100。
图像增强器136在视觉上增强在视口中呈现的图像的子区域。由控制 台132例如响应于指示出期望增强图像的子区域的用户输入来调用图像增 强器136。在一个示例中，该输入可以包括用于针对视口产生用户可移动的 观察窗的指令。图像绘制引擎128将观察窗与视口中呈现的图像相叠加、 相覆盖或以其他方式相组合。该输入也可以提供指示要对观察窗中的图像 的子区域应用的(多个)特定图像处理操作的指令。图像增强器136根据该指令处理图像的子区域，且图像绘制引擎128更新观察窗并在需要时也 更新观察窗之外的区域。
这种观察窗可以用于选择性地处理观察窗中的图像区域，从而获得该 区域的或位于该区域中的感兴趣结构的预期绘制参数。应该意识到，如果 需要，这可以在将不同的成像处理操作应用于观察窗之外的图像区域的同 时来实现。照此，可以利用不同的预期图像处理操作同时显示观察窗中的 感兴趣结构和观察窗之外的区域。在一个示例中，相应的预期处理包括被 用户或其他来源视为对于观察该区域或感兴趣结构以及观察窗之外的区域 的最优的处理。这可以包括应用图像处理技术，该图像处理技术便于减少 与感兴趣结构相关联的图像伪影和/或相对于观察窗中的其他结构增强该感 兴趣结构，同时维持观察窗之外的图像区域的预期图像质量。
如图2所示，图像增强器136包括观察窗发生器204、窗宽和窗位(W/L) 调节器208以及处理器212。
观察窗发生器204产生观察窗。可以由用户从一个或多个预先设置的 形状中选择观察窗的形状。适当的预先设置的形状包括椭圆形、圆形、矩 形和正方形。在图示说明的实施例中，观察窗库216存储这些预先设置。 可以在下拉窗、菜单或经由监视器呈现的其他视觉指示器中向用户呈现可 用的预先设置的形状，并且利用鼠标等从中进行选择。附加地或作为替代， 可以使用键盘/小键盘快捷键或键序列来指示预期的观察窗形状。 一旦用户 选择了一预先设置，观察窗发生器204就产生具有与所选择的预先设置一 致的形状的观察窗。观察窗的初始位置可以是默认位置、由用户进行选择 或基于感兴趣的结构或图像特征自动确定。
附加地或作为替代，可以由用户来定义观察窗的任意形状。例如，用 户可以提供用于指示出该用户期望手动定义观察窗的形状的输入。在这一 示例中，用户可以使用鼠标指针等在监视器屏幕上勾画或画出围绕感兴趣 结构的观察窗的周界。由观察窗发生器204接收该周界的坐标，并产生具 有与所画出的周界一致的形状和位置的观察窗。
附加地或作为替代，观察窗的形状可以由观察窗发生器204自动确定。 在这一示例中，用户输入诸如CT数或图像中的其他可区别特征等的标准。 观察窗发生器204然后可以采用适当的算法来基于CT数或其他可区别特征在视口内自动产生并放置观察窗。例如，观察窗发生器204可以识别要突 显的某些特征，诸如特定窗范围内的像素、几何图案等。作为替代，观察
窗发生器204可以使用解剖模型以便于在视口中定位诸如脉管等的感兴趣 解剖结构。基于该解剖模型将所产生的观察窗映射到视口 。
可以调整观察窗的大小，从而根据需要它们可以相对于视口被放大或 縮小。这可以由用户通过向观察窗发生器204提供预期尺寸或縮放因子或 者通过经由鼠标等调整观察窗的大小来实现。观察窗的周界限定出感兴趣 区域，可以使用与处理观察窗之外的区域所用的参数不同的预期图像处理 参数来处理由观察窗所界限出的图像区域，从而根据用户的需要增强观察 窗中的图像区域的图像质量。
观察窗也可以是可移动的，从而它可以在视口的界线内从一个位置移 动到另一个位置。可以通过拖放或用于在监视器屏幕上移动窗的其他已知 技术来实现这种移动。观察窗发生器204接收新的坐标，并产生新的观察 窗或者调整由图像绘制引擎128在视口中呈现的观察窗的位置。可移动的 观察窗允许动态实时优化，其中随着观察窗移动将窗局部窗宽和窗位值和/ 或其他图像处理技术自动应用于观察窗中的区域。
窗位和窗宽调节器208被用于设置和改变应用于位于观察窗之内的图 像区域的窗宽和窗位值。根据需要，这些值被应用于这一区域，而不改变 应用于处于观察窗之外的图像的窗宽和窗位值。然而，窗位和窗宽调节器 208或另一部件可以被用于设置观察窗之外的图像区域的窗值。
窗位和窗宽调节器208可以基于用户选择的预先设置来设置窗宽和窗 位值。窗宽/窗位(W/L)库220包括具有用于窗宽的第一值和用于窗位的 第二值的至少一种预先设置，其中该第一值和该第二值对应于特定的感兴 趣结构。例如，预先设置可以包括被优化为使得解剖脉管中的支架可视化 的窗宽和窗位值。第二预先设置可以包括被优化为使得解剖脉管中的钙化 斑块可视化的窗宽和窗位值。第三预先设置可以包括被优化为使得软组织 可视化的窗宽和窗位值。其他预先设置可以对应于其他感兴趣的结构、相 对应的CT数和/或其他显示偏好。
当然，用户可以手动输入指示预期窗宽和窗位的值。在接收到这种值 之后，窗位和窗宽调节器208基于所接收的值设置窗宽和窗位值。窗位和窗宽调节器208也可以被调用以自动设置窗宽和窗位值。例如，
窗位和窗宽调节器208可以接收指示CT数或与预期结构相对应的其他特征 的输入。窗位和窗宽调节器208使用所接收的输入来确定适当的或最优的 窗宽和窗位值以便基于该输入使感兴趣结构可视化。在另一示例中，窗位 和窗宽调节器208基于观察窗中的区域推荐或设置窗宽和窗位值。
处理器212执行对观察窗中示出的数据的其他图像处理操作。例如， 处理器212可以滤波或以其他方式处理在观察窗中呈现的数据。适当的滤 波器的示例包括边缘增强和平滑滤波器，以及包括在滤波器库224中的其 他滤波器。其他处理的示例可以包括应用不透明度/透明度设置、适应地设 置切片厚度、通过专用滤波器和直方图均衡化优化图像质量、将色彩映射 到CT数或CT数范围、应用放大，以及包括在处理库228中的其他图像处 理操作。
处理器212也可以指示特定数据集，使用来自该特定数据集的数据来 绘制观察窗的图像。例如，用户可以输入一指令，该指令指示要被用于观 察窗的、以一重建算法重建的数据集，该重建算法不同于重建用于产生视 口中的图像的数据的重建算法。处理器212通知图像绘制引擎128，图像绘 制引擎128利用所选择的数据集更新观察窗。
上面为了解释的目的分别讨论了观察窗发生器204、窗宽和窗位调节器 208以及处理器212。然而，应该意识到，可以独立地、共同地或以其某些 组合的形式来采用这些部件。照此，图像增强器132可以同时产生观察窗 并针对观察窗中的区域应用窗宽和窗位值和/或其他处理。特定的组合可以 通过预先设置确定、由用户手动确定或者自动确定。还应该意识到，图像 绘制引擎128可以呈现二维、三维或四维的绘制。
如上所述，观察窗可以用于选择性地对观察窗中的区域应用一组特定 的图像处理操作以获得该区域中感兴趣结构的预期图像质量。接下来将结 合心脏应用来对此进行更详细的描述，该心脏应用用于根据诸如冠状动脉 等的相对较小的脉管的CT血管造影扫描来可视化脉管腔。应该理解，在此 预期其他应用，且给出心脏应用是为了解释的目的。
对于这种应用，已经通过操作数据来在图像中示出心脏脉管的内部， 从而显示脉管的长剖面和横截面。这些视图可以提供关于沿着脉管的狭窄程度的信息。根据这些视图，已经在图像中视觉观测到诸如沿着脉管的狭 窄位置、狭窄形状和斑块成分等的特征。
然而，各种图像伪影可能封闭这些信息中的一些。例如，根据窗宽和 窗位值，诸如脉管内的钙化斑块(钙沉积)等的高度对比的结构倾向于浮 散，这使得这些结构相对于图像中的周围结构来说看起来比实际更大。结 果，因斑块而导致的脉管狭窄可能被夸大，以致其看起来更严重。进一步 地，脉管中具有相对高CT数的金属支架的存在倾向于使脉管腔相对于图像 中的周围结构来说看起来比实际更小。
由于图像增强器128可以执行应用于观察窗的各种图像处理操作(例
如，窗宽和窗位配置、滤波等)，这些图像处理操作独立于针对观察窗之外
的区域的图像处理操作，因此图像增强器128可以设置针对观察窗中的区 域的图像处理操作以便观察钙化斑块和/或支架，同时可以以其他方式设置 针对观察窗之外的区域的操作。例如，可以针对观察窗的高度对比的结构 以及观察窗之外的区域的较低对比的结构设置窗宽和窗位以及任何滤波或 其他处理。
如上所述，图像处理操作可以包括用于观察钙化斑块的预先设置以及 用于观察支架的预先设置。利用这些预先设置，使用预期的或最优的参数 来可视化钙化斑块或支架，而使用对于观察窗之外的图像区域来说是预期 的或最优的一组不同的图像处理操作来同时可视化观察窗之外的区域。例 如，当观察钙化斑块时，使浮散伪影最小化的窗和滤波器设置可以被用于 观察窗，而视口中观察窗之外的图像区域允许用户同时观察剩余的脉管。
图3示出一图像，其中观察窗304被放置在感兴趣脉管308之上。期 望针对观察窗304的图像处理操作被配置为观察脉管308中具有相对较高 CT数的支架312。在这一示例中，观察窗304是圆形的。其直径被设置为 使得图像中可见的脉管308的预期部分被观察窗304包围。可以移动观察 窗304以便利用预期图像处理观察脉管308的当前未在观察窗304中的部 分。
在图4中，针对观察窗404的图像处理操作还放大观察窗404中包括 脉管408的一部分与支架412的区域。对于图3和图4，应用于观察窗之外 的区域的图像处理操作不同于在观察窗中所用的图像处理操作。图5示出一图像，其中观察窗被省略，且对观察支架312来说次优的一组全局图像
处理操作被用于整个可见的图像。与图3和图4中所示的支架相比，该支
架的尺寸和形状被夸大。
还可以在4D应用中采用观察窗，其中时间被用作第四维。例如，可以 执行心脏扫描，其中造影剂被引入且通过从在不同时刻获得的数据产生的 图像跟踪造影剂的流动。由观察窗所界限的这些图像的区域可以在观察窗 中手动或自动滚动经过。对于每个图像， 一组不同的参数可以用于观察窗。 可以选择一组特定的参数来对应于对比度状态等。例如，可以利用用于对 应于较低CT数的结构的参数来将初始图像呈现在观察窗中。然后可以利用 用于具有较高CT数的结构的参数来将存在造影剂的后续图像呈现在观察 窗中。时间维度还可以对应于心动周期的不同心脏相位。可以在观察窗中 手动或自动滚动观察窗内诸如冠状动脉、瓣膜等的结构以观察该结构在心 动周期内的运动。这一特征还允许因运动而具有次优图像质量的区域在邻 近的相位被观察以找到最优地可视化该结构的相位，这可以通过运动伪影 的减少或通过图像中相邻结构的较好的连续性来确定。
图6图示说明了用于使用上述观察窗的方法。
在604，使用一组全局处理操作在视口中呈现全局图像。可以设置这组 全局操作以优化显示对应于相对较低CT数的结构。
在608，产生观察窗并将其覆盖在全局图像上。如上所述，可以根据需 要设置观察窗的尺寸、形状和位置。
在612，为观察窗设置处理操作。如上所述，这可以包括设置优化显示 诸如脉管内的支架和/或钙化斑块等的具有相对较低CT数的结构的图像处 理技术。
在616，任选地将观察窗移动到图像上的至少第二位置，并相应地将局 部地针对观察窗的图像处理操作应用于该观察窗。
前述应用及其变型包括但不限于期望同时使用至少两组不同的参数来 观察图像的不同区域的其他成像模态和/或应用。
已经通过参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解前面的详细描 述之后，其他人员可以进行各种修改和变化。本发明意在被解读为包括所 有这些修改和变化，只要它们落在随附的权利要求及其等价物的范围之内。
权利要求
1、一种用于使视口内的感兴趣区域可视化的方法，其包括使用一组全局图像处理操作来呈现断层摄影图像数据作为视口中的图像；在主视口中呈现观察窗；以及针对所述观察窗使用不同的第二组图像处理操作，其中，所述不同的第二组图像处理操作减少关于所述观察窗中的预期的感兴趣结构的图像伪影。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操作 包括对应于指示所述感兴趣结构的CT数的窗宽值和窗位值。
3、 如权利要求2所述的方法，其中，所述感兴趣结构包括位于解剖脉 管中的支架。
4、 如权利要求2所述的方法，其中，所述感兴趣结构包括位于解剖脉 管中的钙化斑块。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操作 增强所述感兴趣结构相对于显示在所述观察窗中的其他结构的对比分辨 率。
6、 如权利要求l所述的方法，还包括在所述主视口内将所述观察窗从 第一位置移动到第二位置，其中，随着所述观察窗移动，所述不同的第二 组图像处理操作被应用于由所述观察窗包围的区域。
7、 如权利要求l所述的方法，还包括使用来自第一数据集的数据产生 显示在所述观察窗之外的图像的区域，并使用来自第二数据集的数据产生 显示在所述观察窗之内的图像的区域，其中，使用不同的重建算法重建所述第一数据集和所述第二数据集。
8、 如权利要求l所述的方法，还包括使用对应于不同心脏相位的数据 随时间按顺序更新所述观察窗，其中，对每个心脏相位应用不同的一组图 像处理操作。
9、 如权利要求l所述的方法，还包括使用对应于不同心脏相位的数据 随时间按顺序更新所述观察窗，以选择用于特定的次优区域的更优的相位， 其中，将对应于不同相位的数据用于不同的子区域。
10、 如权利要求1所述的方法，其中，在从多个具有不同的图像处理操作的预先设置中选择的预先设置中定义所述不同的第二组图像处理操 作。
11、 如权利要求1所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操 作被配置为使高度对比的结构可视化。
12、 如权利要求1所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操 作包括边缘增强滤波器或平滑滤波器。
13、 如权利要求1所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操 作包括针对所述观察窗中的区域的不透明度/透明度设置。
14、 如权利要求1所述的方法，其中，所述不同的第二组图像处理操 作包括彩色图，以便基于对应于所述感兴趣结构的CT数范围将色彩映射到 所述观察区域中的所述感兴趣结构。
15、 如权利要求1所述的方法，还包括基于所述感兴趣结构在所述视 口中自动产生并放置所述观察窗。
16、 如权利要求1所述的方法，还包括自动确定不同的第二组显示参数并将其应用到所述观察窗中的区域。
17、 一种计算机可读存储介质，其包括当被计算机执行时执行以下步骤的指令使用第一组图像处理操作在视口中呈现图像；将观察门覆盖在所述视口中的所述图像的子区域上；以及 将第二组图像处理操作应用于所述观察门中的所述子区域，其中，所述第二组图像处理操作增强在所述门中可观察到的感兴趣结构相对所述门中的其他结构的图像质量。
18、 如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，所述第二组图 像处理操作包括用于最优地观察脉管中的支架的预先设置的开窗操作。
19、 如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，所述第二组图 像处理操作包括用于最优地观察脉管中的钙沉积的预先设置的开窗操作。
20、 如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，所述第二组图 像处理操作包括减少关于所述感兴趣结构的图像伪影的操作。
21、 一种装置，其包括图像发生器(128)，其处理指示由辐射源发射的、横穿检査区域信号 的辐射的信号，并在监视器上呈现指示所述检査区域的图像；和图像增强器(136)，其在所述图像的子区域之上产生观察门，并将局 部观察参数应用于所述观察门，其中，所述局部观察参数对应于所述观察 门中的感兴趣结构。
22、 如权利要求21所述的装置，其中，所述装置是计算机断层摄影医 学成像系统(100)。
23、 如权利要求21所述的装置，还包括门发生器(204)，其使用预先 设置的几何形状来创建所述门。
24、 如权利要求21所述的装置，还包括窗宽和窗位调节器(208)，其 将对应于所述感兴趣结构的预先设置的窗宽值和窗位值应用于所述门。
25、 如权利要求24所述的装置，其中，所述预先设置的窗宽值和窗位 值对应于指示脉管中的支架或钙化斑块的CT数。
26、 如权利要求21所述的装置，还包括对呈现在所述门中的所述数据 进行滤波的处理器(212)。
27、 如权利要求21所述的装置，其中，所述图像增强器(136)随着 所述观察门在所述图像上从第一位置移动到第二位置而动态应用所述局部 观察参数。
28、 如权利要求21所述的装置，其中，所述图像发生器(128)和所 述图像增强器(136)处理以不同的重建算法重建的数据。
29、 如权利要求21所述的装置，其中，所述图像增强器(136)基于 在所述观察门中的所述图像的所述子区域自动设置窗宽参数和窗位参数。
30、 如权利要求21所述的装置，其中，所述图像增强器(136)基于 在所述观察门中的所述图像的所述子区域自动配置所述局部观察参数。
31、 如权利要求21所述的装置，其中，所述图像发生器(128)使用 对应于不同心脏相位的数据随时间更新所述观察窗。
32、 如权利要求31所述的装置，其中，针对所述心脏相位中的每个心 脏相位自动应用不同的一组图像处理操作。
全文摘要
一种用于使视口内的感兴趣区域可视化的方法包括使用一组全局图像处理操作来呈现断层摄影图像数据作为视口中的图像；在主视口中呈现观察窗；以及使用局部地针对所述观察窗的不同的第二组图像处理操作，其中所述不同的第二组图像处理操作减少关于所述观察窗中的预期的感兴趣结构的图像伪影。
文档编号G06T17/40GK101622648SQ200880006721
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月13日 优先权日2007年3月1日
发明者G·拉维, J·莱西克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司