CN103814395B - 使x射线从图像适应于x射线主图像 - Google Patents

Abstract

一种用于显示X射线图像的设备16，所述设备包括：用于显示X射线图像的显示器20、用于处理图像数据的工作站22和用于从所述设备的用户接收命令的用户接口24。所述用户接口24适于允许所述用户从多个图像中选择主图像34a和从图像34b。所述工作站22适于通过基于所述主图像34a和所述从图像34b来生成用于将所述从图像在视觉上适应于所述主图像的色彩变换40并且通过将所述色彩变换40应用于所述从图像34b来变换所述从图像34b。所述显示器20适于显示所述经变换的从图像42。

Description

使X射线从图像适应于X射线主图像

技术领域

本发明涉及用于显示X射线图像的设备，并且涉及用于将X射线从图像在视觉上适应于X射线主图像的方法、计算机程序和计算机可读介质。

背景技术

在放射学中，放射科医师通常成对地观察X射线图像：较老的图像可与较新的图像一起呈现。通常，较新和较老的图像由不同的X射线设备（模态）采集并且看起来十分不同。在这种情况下，放射线医师可能需要“看出”依赖于模态的区别或者尽可能好地交互式修改图像中的一个。总会留下一些区别。一般而言，生成X射线图像并将它们显示给放射线医师涉及两个单独的系统。第一个是采集工作站AWS。于此，处理并且操纵图像以用于最佳显示。在这一过程中的一个步骤是图像的范围修正。于此，修改具有不同曝光设置或者患者厚度的图像的不同的直方图特性（半自动和自动模式）。第二个模态是诊断工作站。通常的规则是于此以可重现的标准化方式来向放射线医师呈现图像。可以提供用于修改图像亮度和对比度的工具用于交互式使用。在呈现同一患者的但是不同模态的两个图像的情况下，图像的外观可能是十分不同的。只有通过交互式地修改图像中的至少一个才能实现更加相似的观察印象。

此外，很多X射线设备适于在显示图像之前修改图像的亮度和对比度。采用一些X射线设备可以执行交互式的图像适应过程。有了这些设备，单独地在每个图像上用鼠标动作手动完成所有的适应，以实现两个图像之间的更加接近的匹配。通常，彼此分离地呈现图像。

一些X射线设备适于执行所谓的“半自动模式”和/或“自动模式”。

在半自动模式中，从图像导出一个相关的直方图关键值。例如，对于胸腔图像，其可以是肺部内的平均信号。然后可生成查找表，其将这一关键值映射至监视器或者印片用胶片上的优选灰度值。映射曲线的其他参数可以是预定义的，例如“对比度”。在胸腔图像中，针对苗条和肥胖患者，腹部中的明亮像素的所示灰度值将围绕典型值来变化。对关键值的最简单的定义可以是直方图的特定百分比数值。

在自动模式中，从图像的直方图中得到两个关键值。一个代表图像的黑暗部分（例如肺部）并且另一个代表明亮部分，例如腹部。可以用如下的方式来生成查找表：两个预定义灰度值在最后匹配，每个关键值匹配适当的一个。这对具有苗条和肥胖患者的剧烈变化的直方图也可导致更加稳定的图像显。对该两个关键值的最简单的定义可以是直方图的低和高百分比数值。

通常，彼此分别地修改图像，例如参见WO2010/020921A2。

在“Interactive Multi-contrast Enhancement of Previously ProcessedDigital Mammograms”(International Workshop on Digital Mammography,6月16日-18日,2010,Girona,Spain;Fabian 等人,ISBN978-3-642-13665-8)中描述了一种方法，其中，映射两个图像的两个直方图以将图像之一适应于另一个。

发明内容

本发明的目的可在于提供一种简化放射线医师比较两个X射线图像的工作的设备。

这一目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的示例性实施例从从属权利要求和以下的说明中体现。

本发明的一方面涉及一种用于显示X射线图像的设备。例如，该设备可以是诊断工作站，其与存储已经通过不同的X射线成像设备采集的X射线图像的数据库连接。

根据本发明的实施例，该设备包括：用于显示X射线图像的显示器，用于处理图像数据的工作站，以及用于从该设备的用户接收命令的用户接口。该用户接口适于允许该用户从诸如被存储在该工作站或者数据库中的多个图像中选择主图像和从图像。该工作站适于通过基于该主图像和该从图像来生成用于将该从图像在视觉上适应于该主图像的色彩变换并且通过将该色彩变换应用于该从图像来变换该从图像。显示器适于显示该经变换的从图像。

换言之，用户可选择两个X射线图像并且可以将图像中的一个定义为主图像，其色彩格式应当被拷贝至其他图像。该工作站可自动地生成将该主图像的色彩格式映射至其他图像的色彩变换。之后，可显示该经变换的图像，例如与该主图像一起。

这里的理念是将两个图像中更好的一个定义为“主”并且仅仅通过按下按钮来提供将范围修正拷贝至从图像的功能。为此，目前为止仅用于以上提及的AWS的范围修正方法必须被修正并且也在诊断工作站中实施。

这可能造成改进了在诊断工作站中使用更相似图像对用于读取图像的工作流程。

本发明的另一方面是一种用于将X射线从图像在视觉上适应于X射线主图像的方法，其可用以上提及的设备来执行。

根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：接收由用户选定的主图像和从图像；基于主图像和从图像自动地生成色彩变换；将该色彩变换应用于该从图像以用于将从图像在视觉上适应于主图像，并且显示经变换的从图像。

必须理解的是在以上和以下描述的方法的特征可以是在以上和以下描述的设备的特征。

本发明的另外的方面涉及适于执行该方法的步骤的计算机程序，以及用于存储这种计算机程序的计算机可读介质。

参照下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得到阐述。

附图说明

在下文中，参照附图来更加详细地描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明实施例的具有诊断设备的系统。

图2示出了根据本发明实施例的系统10中的数据流和数据类型。

图3示出了根据本发明实施例的从其计算出色彩变换的两个直方图。

图4示出了根据本发明实施例的用于在视觉上适应图像的方法的流程图。

图5a示出了根据本发明实施例的示出主图像和从图像的显示。

图5b示出了根据本发明实施例的示出主图像和经变换从图像的显示。

图6示出了根据本发明实施例的用于在视觉上适应图像的方法的流程图。

图7a示出了根据本发明实施例的提取的主图像。

图7b示出了根据本发明实施例的提取的原始从图像。

图7c示出了根据本发明实施例的提取的经线性变换的从图像。

图7d示出了根据本发明实施例的提取的经S形变换的从图像。

图7e示出了根据本发明实施例的提取的经复杂变换的从图像。

图8a示出了根据本发明实施例的主图像。

图8b示出了根据本发明实施例的原始从图像。

图8c示出了根据本发明实施例的经线性变换的从图像。

图8d示出了根据本发明实施例的经S形变换的从图像。

图8e示出了根据本发明实施例的经复杂变换的从图像。

原则上，在图中为相同的部件提供相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了可在医院中实施的系统10，其包括可能为不同类型或者制造商的至少两个X射线成像设备12a、12b、用于存储来自该X射线成像设备12的X射线图像的数据库14以及用于显示X射线图像的诊断设备16。设备12a、12b、14、16可经由数据网络，例如PACS网络18来连接。

数据库14可以是适于存储多个数字形式的X射线图像的任意设备。

诊断设备16，其可位于在其中放射线医师（用户）可以评估数据库14中图像的特殊房间中，包括：用于显示X射线图像的显示器20、用于处理图像数据和来自用户的命令的诊断工作站22以及用户可以在其中输入命令的用户接口24。诊断工作站22可包括计算机。用户接口24可包括计算机鼠标和键盘。通常，显示器可包括多于一个的监视器。

根据本发明的实施例，设备16包括：用于显示X射线图像的显示器20、用于处理图像数据的工作站22以及用于接收来自该设备的用户命令的用户接口24。

图2示出了系统10中的数据流和数据类型。X射线图像30a由X射线成像设备12a采集，经由网络18被传送并且被存储在数据库14中作为图像数据32a。之后，例如多于一年之后，X射线图像30b由X射线成像设备12b采集，经由网络18被传送并且被存储在数据库14中，作为图像数据32b。

在评估和比较图像时，用户可以命令工作站22载入两个图像作为用于显示的图像，该两个图像然后被经由网络18检索，并且将图像中的一个定义为主图像34a并且另一图像作为从图像34b。

工作站22然后自动地从主图像34a生成主直方图36a，从从图像34b生成从直方图36b。基于该两个直方图36,36b，工作站生成查找表40形式的色彩变换40，其将参照图3进行更加详细地说明。

工作站22然后将色彩变换40应用于从图像40并且生成可被显示在显示器20上的经变换图像42。该经变换图像42也被存储在数据库14中作为图像数据44。

根据本发明的实施例，用户接口24适于允许用户从多个图像中选择主图像34a和从图像34b。

根据本发明的实施例，工作站22适于通过基于主图像34a和从图像34b生成用于在视觉上将该从图像适应于该主图像的色彩变换40并且用于将该色彩变换40应用于从图像34b来变换从图像34b。

根据本发明的实施例，显示器20适于显示经变换的从图像42。

图3示出了两个直方图36a、36b，工作站22从该两个直方图中自动地计算出色彩变换40。该直方图示出了曲线50a、50b，其指示各个图像34a、34b在特定色彩值（x轴）处的像素数量（y轴）。例如，图像34a、34b是灰度图像并且色彩值可能范围在0（黑色）和1（白色）之间。该两个图像具有不同的色彩值分布，其反映在不同形式的曲线50a、50b中。

为了计算该色彩变换40，工作站22确定直方图50a、50b的不同分位数，例如0%百分比数（在各个图像34a、34b中存在的最低色彩值）以及100%百分比数（在各个图像34a、34b中存在的最高色彩值）。此外，该工作站从直方图确定关键值k_{1_1}、k_{2_1}、k_{1_2}、k_{2_2}，尤其是针对主图像34a的两个主关键值k_{1_1}、k_{2_1}和针对从图像34a的两个从关键值k_{1_2}、k_{2_2}。关键值k_{1_1}和k_{1_2}可以是各个直方图36a、36b的20%百分比数，并且关键值k_{2_1}和k_{2_2}可以是各个直方图36a、36b的80%百分比数

工作站从关键值k_{1_1}、k_{2_1}、k_{1_2}、k_{2_2}确定色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、g_{1_2}、g_{2_2}。虽然在图3中指出了色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、g_{1_2}、g_{2_2}，但是这些值不能从图3中读出，而是可从另外的表中读出。

色彩值g_{1_1}是来自主图像34a的在k_{1_1}处的灰度值，并且色彩值g_{2_1}是来自主图像34a的在k_{2_1}处的灰度值。色彩值g_{1_2}是来自主图像34a的在k_{1_2}处的灰度值，并且色彩值g_{2_2}是来自主图像34a的在k_{2_2}处的灰度值。色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、g_{1_2}、g_{2_2}可以是不同的。

工作站22从色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、_{g1_2}、g_{2_2}生成查找表（LUT）40形式的色彩变换40。该色彩变换40可以是具有属性g_{1_1}=LUT[g_{1_2}]并且g_{2_1}=LUT[g_{2_2}]的线性变换，以此方式，从图像34b的色彩值g_{1_2}、g_{2_2}被映射至主图像的各个色彩值g_{1_1}、g_{2_1}。

用于计算或者生成色彩变换40的不同算法可被存储在工作站22中。

作为第一个范例（“线性映射”），如已经说明的，色彩变换（LUT）40可被定义为线性曲线。在这一情况下，所生成的从从图像34b至图像42的图像变换可被视为等价于使用通常的“窗宽度”（间隔在0%到100%之间）和“窗水平”（该间隔的中心）参数的加窗，然而具有由工作站从另一图像34a中自动计算出的参数。

作为第二个范例（“S形映射”），色彩变换（LUT）40可被定义为S形曲线，其可造成图像34a、42的更好的相似性。在这一情况下，至少三个关键值可能是必需的。例如，可从直方图得到两个另外的关键值k_{3_1}、k_{3_1}（例如50%百分比数）并且可以将色彩变换40定义为关键值k_{3_1}、k_{3_1}处映射色彩值。在色彩变换之间色彩变换可以是线性的或者可以是S形的最佳拟合曲线。

作为第三个范例（“复杂映射”），以更加复杂的方式完成色彩（和图像）变换。例如，在等人的文章中描述了这种变换（见以上）。

根据本发明的实施例，色彩变换40是逐像素变换。

根据本发明的实施例，该色彩变换40是灰度变换。

根据本发明的实施例，该工作站适于通过以下方式来生成色彩变换：在主图像34a中识别至少一个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}，在从图像（34b）中识别至少一个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}；并且生成色彩变换40以使得该至少一个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}被映射至该至少一个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}。

根据本发明的实施例，该工作站适于通过以下方式来生成色彩变换40：从主图像34a的色彩信息来生成主图像直方图数据36a；通过在主图像直方图数据36a中识别至少一个主关键值k_{1_1}、k_{2_1}来识别至少一个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}；从从图像34b的色彩信息来生成从图像直方图数据36b；通过在从图像直方图数据36b中识别至少一个从关键值k_{1_2}、k_{2_2}来识别至少一个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}。

根据本发明的实施例，每个主关键值k_{1_1}、k_{2_1}是主图像直方图数据36a的分位数并且每个从关键值k_{1_2}、k_{2_2}是从图像直方图数据36b的相应的分位数。

根据本发明的实施例，识别两个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}和两个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}。色彩变换40可以是线性变换。

根据本发明的实施例，识别至少三个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、g_{3_1}和至少三个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}、g_{3_2}。色彩变换可以是将至少三个从色彩值g_{1_2}、g_{2_2}、g_{3_2}映射至至少三个主色彩值g_{1_1}、g_{2_1}、g_{3_1}的非线性变换（例如，S形变换）。

在图4中，示出了用于在视觉上将X射线从图像（34a）适应于X射线主图像（34b）的方法的流程图。

在步骤S10中，工作站22接收已经被用户例如在用户接口24的帮助下选定的主图像34a和从图像34b。

在步骤S12中，工作站基于主图像34a和从图像34b自动地生成色彩变换40，例如如参照图2和3所说明的。

在步骤S14中，工作站22将色彩变换40应用于从图像34b并且生成变换图像42。

在步骤S16中，工作站22在显示器20上显示经变换的从图像42。

该方法可以由工作站的处理器来执行。具体而言，该处理器可运行计算机程序，该计算机程序适于执行如在上文和下文中描述的方法。该计算机程序可被存储在工作站22中或者任意的其他计算机可读介质中。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB（通用串行总线）存储设备、RAM（随机访问存储器）、ROM（只读存储器）以及EPROM（可擦除可编程存储器）。计算机可读介质也可以是数据通讯网络，例如因特网，其允许下载程序代码。

图5a示出了显示器20，在其屏幕上并排地显示了第一图像34a和第二图像34b。用户可选择在该显示器上显示多少个图像34a、34b和/或显示来自例如数据库14的哪个图像34a、34b。

在该屏幕上，示出了按钮60形式的用户接口22的一部分，其可用鼠标箭头点击。然而，按钮60可以是实体开关。

按钮60可被视为“样式拷贝”-按钮60，其用于将来自一个图像34a的样式拷贝至其他图像34b。按钮60可以只有（和/或）在显示至少两个不同的图像34a、34b时才被激活。

有了接口24，用户可定义哪一个显示图像是主图像34a。例如，可通过在按钮60上定义箭头的方向（例如，用鼠标箭头）来将一个图像34a定义为主图像34a。

当按下或者激励按钮60时，工作站22自动地执行以上描述的方法并且将从图像34b（或者两个或更多的从图像，在同时显示多于两个的图像的情况下）变换为经变换图像42（或者两个或更多的经变换图像）。该经变换图像42然后替代从图像34b而被显示。

这在图5b中示出，其示出了并排显示主图像34a和经变换从图像34b的显示器20。

根据本发明的实施例，该显示器20适于同时地显示从图像34b和主图像34a。

图6的流程图或者工作流程示出了用户可以如何使用设备16以及不同的色彩变换40如何被计算并且用于变换从图像34b。具体而言，用户可重复地按下“样式拷贝”-按钮60以获得具有不同色彩变换的不同的图像适应程度。最后该图像返回原始版本。

例如，按钮60可在至少三个（例如四个）状态之间切换：原始视图状态62a、线性映射状态62b、S形映射状态62c、复杂映射状态62d。最后，按钮切换回第一状态62a。使得用户有可能选择他喜欢的适应版本。

在步骤S20中，用户选择主图像。工作站22因而将该选定的图像设置为主图像34a并且将其他图像设置为从图像34b。

在步骤S22中，可以重设对图像34a、34b的所有变化，并且将按钮60设置为原始视图状态62a。显示器20示出了主图像34a和（原始）从图像34b，例如如图5a所示。示出了可被显示的图7a中的主图像34a和图7b中的从图像34b。

在步骤S24中，用户可点击按钮60。

在步骤S26中，将按钮60设置为线性映射状态62b。工作站22执行以上描述的用于变换从图像34a的方法并且使用如以上说明的线性映射算法。显示器20然后示出了主图像34a和经线性变换的从图像42a（例如见图7c），例如如图5b中所示的。

在步骤S28中，用户可再次点击按钮60。

在步骤S30中，将按钮60设置为S形映射状态62c。工作站22执行以上描述的用于变换从图像34a的方法并且使用如以上说明的S形映射算法。显示器20然后示出了主图像34a和经S形变换的从图像42b（例如见图7d），例如如图5b中所示的。

在步骤S32中，用户可再次点击按钮60。

在步骤S34中，将按钮60设置为复杂映射状态62d。工作站22执行以上描述的用于变换从图像34a的方法并且使用如以上说明的复杂映射算法。显示器20然后示出了主图像34a和经复杂变换的从图像42c（例如见图7e），例如如图5b中所示的。

在步骤S36中，用户可再次点击按钮60并且工作流程继续进行至步骤S22。

图7a至7e已被提取的用于更好地被黑白打印。图8a至8e分别与图7a至7e相应，并且是灰度图像。

虽然已经在图中和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述将被认为是说明性或者示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，通过对附图、公开内容和权利要求书的研究，可以理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且定语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他单元可以实现权利要求中记载的几项功能。尽管在相互不同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不表示不能有利地组合这些措施。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (12)

1.一种用于显示X射线图像的设备(16)，所述设备包括：

显示器(20)，其用于显示多个X射线图像，

工作站(22)，其用于处理图像数据以将一个或多个X射线从图像在视觉上适应于X射线主图像；

用户接口(24)，其用于从所述设备的用户接收命令以：

允许所述用户将所显示的所述多个X射线图像中的一个定义为所述主图像(34a)以及所显示的所述多幅X射线图像中的除了所述主图像之外的一个或多个X射线图像作为所述从图像(34b)，

其中，所述工作站(22)适于响应于来自所述用户的所述命令来设置所述主图像和所述从图像，并且适于通过以下方式来变换所述从图像(34b)：

基于所述主图像(34a)和所述从图像(34b)来生成色彩变换(40)；

将所述色彩变换(40)应用于所述从图像(34b)；

其中，所述显示器(20)适于显示经变换的从图像(42)；

其中，所述工作站(22)适于生成至少两种类型的色彩变换；

其中，所述用户接口(24)适于允许所述用户在所述至少两种色彩变换之间切换。

2.根据权利要求1所述的设备(16)，

其中，所述显示器(20)适于同时地显示所述从图像(34b)和所述主图像(34a)。

3.根据权利要求1所述的设备(16)，

其中，所述色彩变换(40)是逐像素的变换。

4.根据权利要求1-3中的一项所述的设备(16)，

其中，所述色彩变换(40)是灰度变换。

5.根据权利要求1所述的设备(16)，

其中，所述工作站适于通过以下方式来生成所述色彩变换：

在所述主图像(34a)中识别至少一个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1})；

在所述从图像(34b)中识别至少一个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2})；

生成所述色彩变换(40)以使得所述至少一个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2})被映射至所述至少一个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1})。

6.根据权利要求5所述的设备(16)，

其中，所述工作站(22)适于通过以下方式来生成所述色彩变换(40)：

从所述主图像(34a)的色彩信息来生成主图像直方图数据(36a)；

通过在所述主图像直方图数据(36a)中识别至少一个主关键值(k_{1_1}、k_{2_1})来识别所述至少一个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1})；

从所述从图像(34b)的色彩信息来生成从图像直方图数据(36b)；

通过在所述从图像直方图数据(36b)中识别至少一个从关键值(k_{1_2}、k_{2_2})来识别所述至少一个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2})。

7.根据权利要求6所述的设备(16)，

其中，每个主关键值(k_{1_1}、k_{2_1})是所述主图像直方图数据(36a)的分位数并且每个从关键值(k_{1_2}、k_{2_2})是所述从图像直方图数据(36b)的相应的分位数。

8.根据权利要求5至7中的一项所述的设备(16)，

其中，两个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1})和两个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2})被识别；

其中，所述色彩变换(40)是线性变换。

9.根据权利要求5至7之一所述的设备，

其中，至少三个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1}、g_{3_1})和至少三个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2}、g_{3_2})被识别；

其中，所述色彩变换(40)是将所述至少三个从色彩值(g_{1_2}、g_{2_2}、g_{3_2})映射至所述至少三个主色彩值(g_{1_1}、g_{2_1}、g_{3_1})的非线性变换。

10.一种用于将X射线从图像(34b)在视觉上适应于X射线主图像(34a)的方法，所述方法包括以下步骤：

在工作站(22)中接收来自用户的命令以允许所述用户将多个显示的X射线图像中的一个定义为所述主图像(34a)、以及所述多个显示的X射线图像中的除了所述主图像之外的一个或多个X射线图像作为所述从图像(34b)，并且响应于来自所述用户的所述命令来设置所述主图像和所述从图像；

基于所述主图像和所述从图像自动地生成色彩变换(40)；

将所述色彩变换(40)应用到所述从图像(34b)；

在用户接口(24)上显示经变换的从图像(42)；

其中，所述工作站(22)生成至少两种类型的色彩变换；

其中，所述用户接口(24)允许所述用户在所述至少两种色彩变换之间切换。

11.一种用于将X射线从图像在视觉上适应于X射线主图像的装置，所述装置包括：

用于在工作站(22)中接收来自用户的命令以允许所述用户将多个显示的X射线图像中的一个定义为所述主图像(34a)、以及所述多个显示的X射线图像中的除了所述主图像之外的一个或多个X射线图像作为所述从图像(34b)，并且响应于来自所述用户的所述命令来设置所述主图像和所述从图像的单元；

用于基于所述主图像和所述从图像自动地生成色彩变换(40)的单元；

用于将所述色彩变换(40)应用到所述从图像(34b)的单元；

用于在用户接口(24)上显示经变换的从图像(42)的单元；

其中，所述工作站(22)生成至少两种类型的色彩变换；

其中，所述用户接口(24)允许所述用户在所述至少两种色彩变换之间切换。

12.一种计算机可读介质，其存储了用于将X射线从图像在视觉上适应于X射线主图像的计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时，适于执行根据权利要求10所述的方法的步骤。