CN101495027A - 用于变化环境光中符合dicom的超声图像显示的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种超声成像系统包括：超声探头，接收来自对象的回波信号；以及处理器，其将从探头接收的回波信号转换为对应于超声图像的回波数据。该系统还包括灰度映射器，其将从处理器接收的回波数据变换为相应的感知数据值。灰度映射器使用符合DICOM的GSDF校准曲线做出这个变换。将感知数据传递到变换处理器，变换处理器还从环境光传感器接收环境光信号。变换处理器基于环境光信号和显示设备的显示特性，将感知值转换为相应的数字驱动级，将数字驱动级应用到该显示设备，以在变化的环境光条件下保持最佳图像显示。

Description

用于变化环境光中符合DICOM的超声图像显示的系统和方法

技术领域

本发明涉及医学诊断成像系统，具体的涉及超声诊断成像系统，其尽管在环境光条件变化的情况下，也确保了显示的图像符合对于显示医学图像而言通常可接受的性能标准。

背景技术

通常采用许多种技术来获得人体中解剖结构的图像。例如，借助x射线、磁共振成像(“MRI”)和超声技术来获得图像。在现代医学成像系统中，将图像捕获为数字记录，并存储在介质上或网络存储服务器中。可以在这些图像产生时实时地对其进行观察，或者可以用保存的数字记录来观察它们。在任一情况下，都可以通过许多种显示器来观察图像，例如，阴极射线管(“CRT”)显示器、等离子显示器、发光二极管(“LED”)显示器、场致发射显示器和有机发光二极管显示器。当在这些显示器每一个上观察图像时，相同图像的看起来会不同。此外，在这些显示器中任何一个上观看到的图像都会随着操作者调整结果而变化。例如，用户可以改变图像的亮度、对比度或色彩饱和度。还可以在许多种光照条件下用这些显示设备中任何一个来观察图像，所述光照条件会随着显示器位置或出于其它原因而变化，例如环境光照条件中的变化。作为这些变化的结果，在随着图像的采集而在成像系统上观察时对图像的感知(perception)与在随后在诊断检查站的显示器上观察时对图像的感知相比会存在差别。

尽管有在显示医学图像的方式中的这些及其它变化，但对于准确诊断来说，以一致的方式显示医学图像会是重要的，这个方式应该符合通常对于显示医学图像而言可接受的性能标准。已经做出了努力来实现图像采集与随后检查之间医学图像的一致感知。例如，医学数字成像和通信(“DICOM”)标准试图确保以一致的方式来感知医学图像。处理图像视觉表现的一部分DICOM标准是PS 3.14。这部分标准定义了用于医学成像监视器的校准协议子集(profile)，称为灰度标准显示功能(“GSDF”)规范。由GSDF规范提供的校准协议子集针对显示器输入中的相等差别实现了所感知亮度中的“感知的线性化”。GSDF标准是基于这样的认知的：人眼对于光等级中的递增变化的灵敏度是随着光的绝对强度而变化的。因此，GSDF校准协议子集提供了一种用于将数字图像值映射到各亮度等级中的客观的、定量的机制。借助使用在数字图像值与亮度等级之间已知的函数关系，可以在不同设备或媒介上以相同的诊断值来显示并观察图像，这个诊断值是在该图像在原始采集设备中所具有的。当将显示设备校准到GSDF校准曲线时，GSDF标准还考虑到了观察环境的环境光等级。如果在执行GSDF校准时忽略了环境光的量，则在具有升高的环境光等级的环境中用于显示灰色的较低光等级会是占优势的。

设计PS 3.14用来消除的一个变量是用户偏好的可变性，用户可以采用该用户的偏好来将图像调整为用户个人感知是更利于诊断显示的。可以促使用户做出此类调整的一个环境变量是在观察图像的房间或实验室中的环境光照。例如，在一些情况下，房间会是明亮的，以便使患者觉得更舒服和放松。在其它情况下，房间会是昏暗的，以能够使显示图像中微小的细节更易于被诊断医生看清楚。在再其它的情况下，可以在明亮的房间中采集图像，随后以电子方式传递到在昏暗的诊断实验室中的工作站上，用于由诊断医生观察。在这些可变条件中，声谱仪会需要调整图像显示控制，例如亮度和对比度，以便呈现他或她觉得是最利于诊断的图像。然而，当远程观看图像时，这个调整会对图像产生不利影响，因为对于远程观察而言，手动图像调整会导致声学控制，如增益或TGC产生较差的数字图像。另一个补偿是对于声谱仪保持显示亮度/对比度不变化，但是通过不规则地调整声学成像控制，例如增益(Gain)或TGC，来补偿环境光条件。这些调整往往会对数字图像的本地观察和远程观察产生不利影响。两个调整类型都会导致较差的图像感知或不好的声学控制设定。

用于显示医学图像的常规监视器尝试通过允许对显示图像的手动调整，基于环境光等级来提供GSDF校准。通常使用对环境光强度的固定的估计值或测量值来做出调整。这些调整基于做出调整的人的主观判断，因此它们既不会是一致的也不会是无误。此外，当环境光条件与在尝试GSDF校准时所存在的条件不同时，这些估计值是不正确的，这当将超声成像系统移到不同房间时易于发生。

用便携式显示器显示具有过高亮度的超声图像所遇到的另一个问题是过多的功耗，这表现为电池重新充电时间间隔的缩短。因此，除了以符合DICOM标准的方式显示超声图像的意愿之外，还希望避免以过高亮度显示超声图像，以便使电池重新充电的时间间隔最大。

因此，需要一种超声成像系统，即使是在采集图像的超声成像系统的位置处的环境光等级发生变化，该系统也能够为远程系统显示产生一贯地符合DICOM标准的图像。

发明内容

一种超声成像系统和方法产生用于以符合DICOM的方式在检查站或远程显示设备上显示的超声图像。首先借助适当的手段提供对应于超声图像的回波数据。使用符合DICOM的GSDF校准曲线，将回波数据的值变换为相应的p值。结果，产生了对应于超声图像的符合DICOM的p值。还感测在显示设备附近的环境光的等级。基于显示设备的特性和感测的环境光等级，将p值转换为相应的数字驱动级。因此，在p值到用于超声系统显示的相应的数字驱动级的转换中自动使用感测的环境光等级。可以将数字图像传送到在远端位置上的另一个显示设备，在这里可以以符合DICOM标准的感知上线性的方式来显示它们。

附图说明

图1是示出根据本发明一个实例的超声诊断成像系统的框图。

图2是示出回波数据值相对于p值的标准化灰度显示函数的曲线图，其定义了由观察者线性感知的亮度差别。

图3是示出p值到数字显示级(“DDL”)值的转换的曲线图，该数字显示级值专用于在图1的超声诊断成像系统中所使用的显示设备。

图4是显示将p值与DDL值相关联的校准曲线的几个实例的曲线图，在图1的系统中为环境光的各个等级选择其中的一个。

具体实施方式

在图1中显示了根据本发明一个实例的超声诊断成像系统100。成像系统100包括探头或扫描头110，其具有换能器元件阵列112。阵列112以不同频率在像场上发射波束。由发射器114控制波束的发射，发射器114控制阵列112的每一个换能器元件的作用的频率、相位和时间，因此每一个波束都是从预定原点沿着阵列并以预定角度发射的。由阵列112的元件接收从沿着每一个波束方向返回的回波，由模数(“A/D”)转换器115对其进行数字化，并将其耦合到数字波束生成器116。数字波束生成器116延迟来自阵列112的换能器元件的回波并对其进行求和，以便沿着每一条扫描线或波束方向构成一个聚焦的相干的数字回波样本的序列。该样本序列用于构成与由波束生成器116形成的波束相对应的各个图像帧。

在系统控制器118的控制下操作发射器114和波束生成器116，系统控制器118又进而响应于在由成像系统100的用户操作的用户界面120上的控制设定。系统控制器118控制发射器114，以便以预期的角度、发射能量和频率发射预期数量的扫描线组。系统控制器118还针对所用的窗孔和图像深度来控制数字波束生成器116，以适当地延迟并合并所接收的回波信号。

由可编程数字滤波器122对由数字波束生成器116产生的扫描线回波信号进行滤波，可编程数字滤波器122定义了感兴趣频率的波段。当对谐波造影剂进行成像或执行组织谐波成像时，将滤波器122的通带设定为使得发射波段的谐波能够通过。随后由检测器124检测该经滤波的信号。对于B模式成像，检测器124执行对回波信号包络的幅度检测。对于多普勒成像，针对图像中的每一点聚集回波的集合，并进行多普勒处理，以估计多普勒频移或多普勒功率密度。将来自图像扫描线的回波数据收集在图像存储器126中。将这个回波数据耦合到扫描转换器128，在扫描转换器128中以预期的图像格式布置回波数据，例如矩形线性扫描图像或扇形图像或3D体积绘制。

在使用灰度映射器130的称为映射的处理中将来自扫描转换器128的回波数据转换为一系列灰度显示值。灰度映射器130将与来自扫描转换器128的回波数据相对应的值变换为与各个感知值相对应的数据，称为“p值”。p值是亮度值，其总体上根据DICOM标准，并具体根据GSDF校准曲线，将回波数据值与人感知中“刚好可以注意到的差别”线性相关。灰度映射器130可以用查询表执行这个功能，或者可以借助其它方式来执行它，例如公式计算。这些p值独立于显示图像的具体设备。图2示出了GSDF校准曲线的一个实例，其显示了对应于回波数据值的p值。

在灰度映射器130已经将图像映射到GSDF校准曲线之后，可以将对应于图像的数据传递到外部网络、存储设备和显示设备(未示出)，例如工作站、纸张打印机和胶片打印机。当将这些设备配置为响应DICOM标准图像时，可以将图像再现为它们在其原始形式中所具有的相同诊断值。图像可以显示在黑暗的房间中的发射型显示器上进行显示，例如工作站监视器或LCD显示器，可以打印在透射胶片上并在放射光盒上观看，或者可以打印在光面或非光面相纸上，每一种情况下都具有相同的诊断表现。外部网络、存储设备和显示设备通过将标准DICOM图像应用于各个显示设备的特性显示曲线上来执行这个功能，这就将标准图像转换为显示设备的已知显示特性。对于用来显示图像的各种显示设备，图像会在该显示设备的限度范围内呈现出相同的诊断值。在考虑了独立于图像采集位置处环境光的观看位置处的环境光的情况下，执行这些软拷贝检查设备的校准。

进一步参考图1，在已经由映射器130用GSDF校准曲线将回波数据值映射到相应p值之后，将对应于p值的数据提供给p值/DDL变换处理器134。p值/DDL变换处理器134将被映射到DICOM校准的p值上的图像变换为适用于在成像系统100中所用的具体显示设备150的一系列数字驱动级(DDL)。例如，可以将应用到变换处理器134的输入端上的p值映射到一系列数字驱动级，这些数字驱动级以图形形式绘制为用于通常的CRT显示设备的标准曲线30，如图3所示。然而，不同的显示设备150会需要不同系列的DDL。例如，变换处理器134可以将接收的p值映射到一系列数字驱动级，这些数字驱动级以图形形式描绘为平板显示设备响应曲线32。为了在唯一的显示设备150上如实地再现标准化的图像的亮度等级，必须根据设备专用的响应曲线32来转换符合GSDF曲线的p值。这优选地可以借助于输出DDL值的查询表来实现，变换处理器134使用所接收的符合DICOM的p值寻址该查询表。另一个显示设备(未示出)可能具有不同的显示响应，随后会执行变换以便准确地驱动不同的显示设备。当将由变换处理器134产生的DDL值应用于显示设备150时，由专用于设备150的驱动级来驱动显示设备150，这导致设备150产生的图像具有符合DICOM显示标准的人感知程度的亮度等级。

成像系统100还包括至少一个环境光传感器140，其连接到p值/DDL变换处理器134。环境光传感器140产生表示在显示设备150附近的环境光等级的信号。p值/DDL变换处理器134使用该表示环境光等级的信号来产生校准曲线，该校准曲线针对与来自环境光传感器140的信号相对应的环境光等级，将来自灰度映射器130的符合DICOM的p值与专用的数字驱动级DDL相关联。如上所解释的，这个校准曲线可以是查询表形式的，或者可以借助一些其它方式来实现。当使用查询表时，产生专用于显示设备150的特性和环境光等级的查询表。p值/DDL变换处理器134随后使用这个查询表来将每一个所接收的p值变换为相应的DDL值。结果，显示设备150会自动呈现一致性的图像，尽管在环境光等级中存在变化。随着增大或减小房间中环境光等级或者将成像系统移到不同房间，光传感器140会将相应的信号应用到p值/DDL变换处理器134。p值/DDL变换处理器134随后会产生对应于环境光等级的新的校准曲线，例如借助产生新的查询表。变换处理器随后会使用这个新的校准曲线来将p值转换为相应的DDL值。

例如，在图4中显示了用于环境光的不同等级的一组校准曲线。例如曲线41在其整个范围内是相对线性的。这条曲线会用于明亮的房间中，在明亮的房间中显示动态范围的降低要求对低亮度级给予更多补偿。较高编号的曲线用于逐步变暗的环境房间光照等级。例如曲线49在连续的低灰度级之间施加了更迅速的变化，从在曲线图原点附近的陡峭弯曲形状可以明显看到这种变化。这个显示函数会在低等级驱动值中施加更大的差别，该低等级驱动值是在昏暗房间中保持显示图像的诊断值(特别是低亮度级)所需的。

尽管在图1中仅显示了一个环境光传感器140，但任选的是，p值/DDL变换处理器134可以使用来自第二环境光传感器160的信号，来辅助产生用于针对环境光的相应等级和特性将p值与显示DDL值相关联的校准曲线。例如，环境光传感器140可以感测落在显示设备150的屏幕上的环境光的等级，而环境光传感器160可以感测屏幕后面的环境光的等级。随后，可以使用由这两个环境光传感器140、160感测的光等级的平均值来产生新的校准曲线，其将接收的p值与输出DLL值相关联。可替换地，在校准曲线的构成中会以不同方式来处理反射光和背光的等级。

成像系统100还可以包括可手动调整的亮度控制器158，其允许用户改变显示在显示设备150上的图像的亮度。这就允许用户基于个人对环境光条件的判断做出手动调整。当用户对环境光条件的判断是合理的时，图像仍会符合DICOM标准。如果想要的话，可以将亮度调整认为是声学成像参数中的变化，而且该亮度调整并非是禁止GSDF而是用于对出现在本地显示设备上和用于远程检查的图像信号中的图像进行改变。

尽管参考所公开的实施例说明了本发明，但本领域技术人员会认识到可以在不脱离本发明精神和范围的情况下，在形式和细节上做出改变。这种修改完全在本领域普通技术人员的技能之内。例如，超声系统可以具有两个视频输出，一个产生补偿了环境光的信号，另一个产生未补偿的视频信号。用户对于在与成像系统处于同一观看房间中的显示器使用补偿的视频输出，为在具有不同环境光照条件的分开的观看房间中的显示器使用未补偿的视频输出。因此，本发明仅由所附权利要求进行限定。

Claims (20)

1、一种用于在显示设备上显示超声图像的方法，包括：

提供对应于所述超声图像的回波数据；

感测在所述显示设备附近的环境光等级；

通过使用符合DICOM的GSDF校准曲线产生与所述超声图像相对应的符合DICOM的感知值，以将每一个回波数据值变换为相应的感知值；

基于所述显示设备的显示特性和所述感测的环境光等级，将所述感知值转换为相应的数字驱动级，将所述感测的环境光等级自动用于从所述感知值到所述相应的数字驱动级的所述转换中；并且

将所述数字驱动级提供给所述显示设备，以便所述显示设备能够显示所述超声图像。

2、如权利要求1所述的方法，其中，使用符合DICOM的GSDF校准曲线将每一个回波数据值变换为相应的感知值的动作包括：

产生与所述符合DICOM的GSDF校准曲线相对应的查询表，所述查询表包含多个回波数据值和多个感知值，每一个所述感知值都与相应的一个所述回波数据值相关联；并且

使用所述回波数据值在所述查询表中查找相关联的感知值。

3、如权利要求1所述的方法，其中，将所述感知值转换为相应的数字驱动级的动作包括：

产生与所述显示设备的显示特性和所述感测的环境光等级相对应的查询表，所述查询表包含多个感知值和多个数字驱动级，每一个所述数字驱动级都与相应的一个所述感知值相关联；并且

使用所述感知值在所述查询表中查找相关联的数字驱动级。

4、如权利要求1所述的方法，其中，产生与所述显示设备的显示特性和所述感测的环境光等级相对应的查询表的动作包括：产生与所述显示设备的显示特性相对应的查询表，为每一个感测的环境光等级产生相应的与所述显示设备的显示特性相对应的查询表。

5、如权利要求1所述的方法，其中，感测在所述显示设备附近的环境光等级的动作包括：感测在所述显示设备附近的两个不同位置处的环境光等级。

6、如权利要求5所述的方法，其中，感测在所述显示设备附近的两个不同位置处的环境光等级的动作包括：

感测在所述显示设备的显示屏幕上的环境光等级；以及

感测在所述显示设备的显示屏幕后面的环境光等级。

7、如权利要求1所述的方法，还包括手动调整显示在所述显示设备上的所述超声图像的亮度，

其中，将对所述亮度的调整认为是声学成像参数中的变化，其对出现在本地显示设备上和用于远程检查的图像信号中的图像进行改变。

8、如权利要求1所述的方法，其中，所述显示设备包括平板显示设备。

9、如权利要求1所述的方法，其中，所述显示设备包括阴极射线管显示设备。

10、如权利要求1所述的方法，其中，使用符合DICOM的GSDF校准曲线将每一个回波数据值变换为相应的感知值的动作包括：将每一个回波数据值映射到相应的灰度感知值。

11、一种超声成像系统，包括：

超声探头，其接收来自对象的回波信号；

处理器，其被耦合以接收来自所述探头的所述回波信号，所述处理器用于将接收的所述回波信号转换为对应于超声图像的回波数据；

显示设备；

灰度映射器，其被耦合以接收来自所述处理器的所述回波数据，所述灰度映射器用于使用符合DICOM的GSDF校准曲线将每一个回波数据值变换为相应的感知数据值，从而使所述灰度映射器产生具有对应于所述超声图像的值的、符合DICOM的感知数据；

环境光传感器，其用于感测在所述显示设备附近的环境光等级，并产生与之对应的环境光信号；以及

变换处理器，其被耦合以接收来自所述灰度映射器的所述感知数据和来自所述环境光传感器的所述环境光信号，所述变换处理器用于基于所述环境光信号和所述显示设备的至少一个显示特性，将所述感知值转换为相应的数字驱动级，所述变换处理器耦合到所述显示设备，以向所述显示设备提供所述数字驱动级，以便所述显示设备能够显示所述超声图像。

12、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述灰度映射器包括查询表，其对应于所述符合DICOM的GSDF校准曲线，所述查询表包含多个回波数据值和多个感知数据值，每一个所述感知数据值都与相应的一个所述回波数据值相关联。

13、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述变换处理器包括查询表，其对应于所述显示设备的所述显示特性和来自所述环境光传感器的所述环境光信号，所述查询表包含多个感知数据值和多个数字驱动级，每一个所述数字驱动级都与相应的一个所述感知数据值相关联。

14、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述环境光传感器包括：

第一环境光传感器，其感测在所述显示设备附近的第一位置处的环境光等级；及

第二环境光传感器，其感测在所述显示设备附近的第二位置处的环境光等级，所述第二位置与所述第一位置不同。

15、如权利要求14所述的超声成像系统，其中，所述第一位置包括所述显示设备的显示屏幕，所述第二位置包括在所述显示设备的显示平面后面的位置。

16、如权利要求11所述的超声成像系统，还包括手动调整亮度控制器，所述手动调整亮度控制器用于允许手动地调整显示在所述显示设备上的图像的亮度。

17、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述显示设备包括平板显示设备。

18、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述显示设备包括阴极射线管显示设备。

19、如权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述显示设备包括通信端口，所述通信端口被耦合以接收来自所述灰度映射器的所述符合DICOM的感知数据，以便将所述感知数据耦合到外部网络。

20、如权利要求11所述的超声成像系统，还包括变换处理器，其被耦合以接收来自所述灰度映射器的所述感知数据，所述变换处理器用于基于至少一个声学成像参数将所述感知值转换为相应的数字驱动级，所述变换处理器耦合到视频输出，在所述视频输出上提供了没有补偿本地环境光照条件的视频信号。

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