CN107787506A - 选择用于显示医学图像的传递函数 - Google Patents

Abstract

一种用于对图像数据进行可视化的系统和相关的方法。所述系统包括输入端口(IN)，所述输入端口用于接收：i)图像数据，其包括从由成像装置采集的关于被成像的对象的信号转换的一范围的强度值；以及ii)第一传递函数的定义，其被配置为将所述一范围的所述强度值内的数据区间映射到图像值的图像区间。过渡区域识别器(TRI)从所述数据区间外部的强度值之中识别一个或多个过渡强度值，所述一个或多个过渡强度值表示所述对象的组成和/或配置中的过渡或者表示关于与所述对象有关的物理性质的过渡。传递函数生成器(TFG)，其针对所述数据区间外部的所述强度值生成第二传递函数。所述第二传递函数是非线性的，并且具有相应的梯度，其是在过渡强度值周围的局部最大值。绘制器(RF)然后基于至少两个传递函数在显示单元(MT)上绘制所述图像数据的至少一部分的可视化。

Description

选择用于显示医学图像的传递函数

技术领域

本发明涉及图像处理系统、图像处理方法、计算机程序单元、以及计算机可读介质。

背景技术

在对医学图像的可视化中，临床标准流程是在例如要查看断层摄影医学图像时选择特定的“水平”和“窗口”设置。该流程有时被称为水平-窗口技术。目的是增强针对特定解剖学区域的特定强度范围特性中的对比度，并且使用例如从黑到白的色阶来示出选定的范围。由于CT图像具有良好定义的标度(以亨氏单位(HU))，非常常见的是针对具体回顾任务选择特定灰度值窗口，例如定义专用肺窗口或骨骼窗口。针对其他成像模态，诸如MRI(磁共振成像)，选取正确的可视化是更为复杂的，因为标度不是与在CT成像中一样定量的。因此，MR图像常常被归一化，并且梯度偏置场被抑制，其是允许窗口水平设置为有用的超出小的局部化的区域所必要的技术。即使没有这种情况，如在CT中的相似水平和窗口映射然后被用于(再)查看MR数据集。

本申请人已经观测到，尽管存在专用于不同解剖学背景和任务的丰富的预定义水平窗口设置，但是一些解剖学信息仍可能在图像(再)查看期间错过临床医师的注意力。

发明内容

因此，存在针对要对图像数据进行可视化的替代系统或方法的需求。

本发明的目标是通过独立权利要求的主题来解决的，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意到，下文所描述的本发明的各方面同样适用于图像处理方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。

根据本发明的第一方面，提供了一种图像处理系统，包括：

-输入端口，其用于接收：i)图像数据，其包括从由成像装置采集的关于被成像的对象的信号转换的一范围的强度值；以及ii)第一传递函数的定义，其被配置为将所述一范围的所述强度值内的数据区间映射到图像值的图像区间；

-过渡区域识别器，其被配置为从所述数据区间外部的强度值(在本文中被称为外部强度值)之中识别一个或多个过渡强度值，所述一个或多个过渡强度值(在本文中也被称为过渡点)表示所述对象的组成和/或配置中的过渡或者表示关于与所述对象有关的物理性质的过渡；

-传递函数生成器，其被配置为针对所述外部强度值生成至少一个第二传递函数，所述至少一个第二传递函数是非线性的，并且在所述一个或多个过渡强度值处或附近具有非零梯度(斜率)；

-绘制器，其被配置为基于至少两个传递函数来在显示单元上绘制所述图像数据的至少一部分的可视化。

换言之，所述第二传递函数的斜率是在过渡点处或附近的至少局部最大值。亦即，存在所述一个或多个过渡点附近的相应邻域(所述相应邻域包括相应的过渡点)，并且在每个邻域中，存在至少一个外部强度值，所述至少一个外部强度值具有非零梯度或者甚至针对所述相应邻域的局部最大值的梯度。

这允许在这些过渡点处的增强的对比度，由此向用户提供由外部范围强度值范围编码的结构线索。增加可视化的信息内容，但是防止了“信息过载”，因为增强的对比度被限制到重要的位置，亦即，表示过渡的位置。

根据一个实施例，所述过渡区域识别器被配置为计算针对所述外部强度值的至少一个的至少一个等表面，其中，对所述一个或多个过渡强度值的识别基于由过渡区域识别器(TRI)对所述一个或多个等表面的评价操作。

根据一个实施例，所述评价操作包括：计算度量，所述度量是以下中的任意一项或多项：所述至少一个等表面的表面面积和/或跨所述等表面的梯度；和/或计算梯度的积分或者所述梯度的绝对值或带正负号的值。

根据一个实施例，如果所述度量在阈值之上或之下或者如果所述度量假定至少一个局部极值，则识别所述过渡强度值。

根据一个实施例，所述绘制器被配置为在可视化中包括一个或多个等表面的一条或多条轮廓线。

根据一个实施例，所述图像数据是以下中的任一项：2D X射线图像、3D计算机断层摄影图像体积、磁共振图像数据、2D或3D超声图像。

根据一个实施例，所述组成过渡包括材料(例如，组织)类型过渡或者在材料类型与背景之间的过渡。

所提出的系统有用地补充对医学图像(例如，断层摄影图像或其他图像)的标准查看。如上文在背景技术部分中所提到的，该标准查看是使用针对主要感兴趣区域的、取决于任务的传递函数(所述第一传递函数)来执行的。所述第一传递函数是由特定灰度值水平以及所述水平附近的“窗口”来定义的。先前，在该窗口外部，所显示的可视化“出血”并且因此解剖学信息被隐藏。为了补救此，所提出的系统构建在所选择的窗口外部的额外的(第二)(颜色)传递函数，使得在最佳、解剖学上有意义的位置处选取颜色变化。仅在所识别的过渡强度值(在本文中也被称为过渡点)附近通过第二传递函数来选择性地增强对比度。换言之，在灰度值窗口外部的颜色改变和对比度变化能够被最佳地选取以仅对在表示过渡的外部范围中的那些点/区域进行更好地可视化。任选地，数据集也可以使用在这些有意义的过渡处的等值线被显示在灰度水平窗口外部。

术语(一个或多个)“第一”和“第二”传递函数应当被宽广地解读。

首先，在内部范围和外部范围上定义所述第一传递函数。然后，仅针对所述外部范围来计算所述第二传递函数，并且然被认为扩展到(所述第一传递函数)所述内部范围中，在所述内部范围中，所述第二传递函数等同于第一函数。然而，在数学上，所述两个传递函数也可以看作单个传递函数的部分，每个部分分别仅在内部范围和外部范围上定义，然后在由所述内部范围和所述外部范围的(集论)联合形成的域上定义所述单个传递函数。同样地，术语“第一”和“第二”是被用于区分两个函数(部分)，而不应当被解读为必要地告知一个在另一个之上的“优先级”的意义。同样地，在一些使用情景中(但不必在所有情景中)，第一传递函数将与主要感兴趣区域相关联，所述主要感兴趣区域是在定义或选择(初始)水平-窗口设置时、亦即当定义所述第一传递函数时临床医师主要关注的。

附图说明

现在将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例，在附图中：

图1示出了成像系统；

图2示出了传递函数；

图3示出了常规图像与能够由根据图1的成像系统获得的示范性图像的比较；

图4示出了图像处理方法的流程图；并且

图5示出了另外的传递函数。

具体实施方式

参考图1，示出了一种成像系统，所述成像系统包括图像采集装置IAA和图像处理(子)系统VS或“可视化器”。所述可视化器能够被实施为在通用计算单元上或者在专用工作站WS上运行的(医学图像)查看平台中的软件例程。由图像采集装置IAA供应的图像原始数据能够以在下文更详细地描述的方式进行处理，以产生能在显示设备MT(例如计算机监视器或者便携式通信设备(智能电话、平板电脑等)的显示屏)上查看的图像。如由图像采集装置IAA供应的图像数据能够在有线或无线网络中或者通过任何其他手段(例如，通过USB加密狗等)被传递至可视化器VS。所述可视化器VS也可以被实施为(专用FPGA)(现场可编程门阵列)或者被实施为硬接线的芯片。所述可视化器可以被集成到所述计算单元或工作站WS的专用图形芯片或图形处理器中。

如由图像采集装置IAA供应的图像数据能够是2D、3D。在本文中设想到的图像采集装置IAA的范例是2D放射影像系统，诸如C臂系统、计算机断层摄影扫描器(CT)、磁共振成像器MRI或者诸如超声成像系统的其他成像模态等。

具体设想针对医学应用的图像采集装置，但是在本文中不排除其他应用领域。图像采集装置IAA具体被配置为采集关于感兴趣对象OB的内部的图像信号，但是在本文中不排除对表示所述对象OB外部的图像信号的处理。为了简洁，如在本文中所使用的术语“感兴趣对象”OB包括有生命或无生命的对象。具体地，所述对象是人类或动物患者或者其一部分，诸如特定解剖结构(胸部、腹部、肢体等)。

一般而言，图像采集装置IAA能够产生探询信号以探询所述对象的内部结构。这样的探询信号的范例是X射线辐射或者其他电磁辐射或非电磁信号，诸如超声等。所述探询信号与所述对象相互作用以调制利用专用设备DD探测到的响应信号。例如，在放射摄影实施例中，探测设备DD是X射线敏感探测器。在MRI中，所述探测器设备DD包括线圈以拾取电磁脉冲。在超声中，所述探测器设备是换能器，所述换能器被配置为拾取超声反射等。亦即，取决于所使用的成像模态，所述探测设备被适合地配置为拾取相应类型的响应信号。

所探测到的信号(强度值)然后被数据采集单元DAS处理成数字形式。经数字化的强度值然后被转换电路CS处理以将所述强度值转换成适合的数值格式，诸如在CT中使用的亨氏单位(CT值)的范围。亨氏单位(HU)被用于表示物质的辐射密度。常规地，空气具有-1000HU的放射学密度，水具有0HU的放射学密度，并且针对骨骼的放射学密度可以在700HU至大约3000HU的范围中。这样转换的强度值然后作为原始图像数据被转发到可视化器VS以在其输出部OUT处产生颜色信号，其能够被用于驱动成像系统的视频电路VD，所述视频电路VD继而控制监视器MT来产生(可能经格式转换的)强度值的显示、亦即可视化。在本文中在一般性的计算机图形的意义上使用“颜色值”，因此包括具体黑、白和灰度值，并且“颜色值”并不意指被限制为狭窄意义上的颜色成像，诸如RGB(红-绿-蓝)编码等。将理解，所述强度可以在被所述可视化器处理之前经受进一步的信号处理阶段。例如，CT实施例中，在转换到HU格式之前，所述强度值由重建模块(未示出)处理，所述重建模块实施适合的重建算法(例如，(滤波)反投影(F)BP、统计学、算数或其他迭代重建技术等)。所述重建在所采集的强度(其是沿着多种方向通过所述对象的投影)上操作以针对强度值的3D集合进行重建，并且强度的该3D块然后被转换为HU格式并且被转发以用于由可视化器VS处理。

如由图像采集装置IAA采集的强度值对关于要被成像的对象OB的内部结构的信息、例如配置或组成进行编码。取决于所使用的探询信号，所述对象的内部结构或组成将特定模式调制到响应信号上。该模式或调制在转换到适合的数值范围中之后被维持，并且在图像数据中被编码为跨数字图像数据的指示性空间变化。更具体地，所述图像数据例如被组织成图像元素(像素或体素)，每个图像元素与诸如在CT实施例中的亨氏单位的值相关联。跨那些图像元素的这些值的变化然后能够被认为表示特定的感兴趣结构。在所述图像数据中特别感兴趣的是：表示被成像对象的构造或组成的过渡的图像元素的那些子集。例如，从一种材料(具体是组织)类型到另一类型(例如，从脂肪到水)或者在背景与组织骨骼之间的过渡或者其他类型的感兴趣过渡。在一些实施例中，在所述过渡之间的对应性，以及所述图像数据对这些变化进行编码的方式可以不总是与X成像一样直接。例如，在MRI中，所记录的测量结果可以不与所述过渡直接相关。

在转换到适合的数值格式(例如，CT值)之前或之后的强度值在本文中可被称为“原始图像数据”，因为该数据这样通常不适合于可视化(同样地，在下文中，我们将不再在强度值与其数值转换/重建之间进行区分，两者在本文中都被称为“强度值”或者简称为“强度”)。

为了准备原始数据以用于可视化，使用传递函数。传递函数被配置为将所述强度值映射到颜色值的适合的范围，其然后能够被用于控制图像数据在屏幕MT上的实际可视化的操作。然而，所述图像范围，亦即，所述强度值的动态范围能够是相当大的，并且其之间的差异能够是相当微小的。因此，将强度值的整个范围映射到图像/颜色值的(有限)范围，其中，那些可能的最小改变可能不能简单地被区分。为了解决该问题，已经发布了“查看指南”以通知用户图像数据的哪一范围对应于特定的感兴趣对象。基于该信息，用户能够使用所谓的水平窗口技术来选择图像值的适合的范围(“窗口”)，其围绕感兴趣的具体图像值(“水平”)为中心，如在图2中的图示中所示的，其也示出了图像传递函数的具体细节。多个数据/强度值1被映射到多个图像/颜色值2。强度值1例如可以表示CT图像中的亨氏单位，并且图像值2例如可以表示诸如灰阶值的颜色值。在水平和窗口映射技术中，像素数据值在图像中的分布由像素数据值直方图3来表示，在所述直方图中，用户对以数据值水平5为中心的具体窗口4感兴趣。所述窗口可以具有具体的生理学兴趣并且引起灰度值的范围6，所述灰度值的范围6可以小于黑色7与白色8之间的完整标尺的可用图像值。为了改善窗口4内的数据值之间的灰阶对比度，使用线性映射函数，在窗口中的最低数据值常规被映射到黑7并且最高数据值被映射到白8。在窗口中的最低数据值处或之下的数据值因此被映射到黑色并且在最高数据值处或之上的数据值被映射到白色。

如在图2中能够看到的，常规地，对特定窗口的选择定义了如在所接收的图像中被编码的强度值的范围上的分区。存在强度值的内部范围10和外部范围12。强度值的内部范围表示由用户选择的并且特别适合于对特定感兴趣解剖结构或区域进行可视化的那些值。所接收的图像的不在所述图像值(其是在所述内部范围外部的强度值)之内的强度值被对应地称为外部范围强度值，或者简称为外部强度值。如在先前的方法中能够看到的，所述外部强度值已经一起被映射在恒定值上，例如黑或白。因此，不能够提供关于感兴趣区域外部的解剖结构的结构过渡的信息。

换言之，当前使用的窗口-水平技术强在人类观测者上加了场景“眼罩”。为了了解不由选定的窗口表示的另一解剖结构，用户被迫使选择不同的窗口/水平以能够查看不同感兴趣区域的结构。所提出的可视化器VS提供针对这种情况的补救。其仍允许用户如之前地选取针对感兴趣区域的特定需求而定制的图像传递函数，但是不像先前的方法，外部结构不是完全涂白或均一化的。以这种方式，由所提出的可视化器产生的图像具有双重功能。其首先提供关于主要感兴趣区域的详细结构信息，但是仍提供关于由来自外部范围的强度值表示的次级感兴趣区域的足够(以下文更详细解释的方式)的结构图像信息。关于外部强度值的图像信息在至少特定过渡仍能由用户区分的意义上是“足够的”。换言之，用户被同时地提供有主要区域外部的解剖学背景信息。

图3是常规窗口技术相对于所提出的可视化器VS的图示。通过使用仅针对外部范围12的不同的常规传递函数来将外部范围12映射到非恒定值，而内部范围10仍利用第一传递函数来绘制。亦即，外部范围值不再被映射(如先前所做的)到恒定颜色值(诸如在灰阶绘制中的黑或白)，但是外部范围12现在通过对在所述外部范围12上支持的第二(非恒定)传递函数的操作被“解析”成更详细以揭示过渡结构。因此，整个可视化是根据(至少)两个传递函数的组合绘制。

图5A、B更详细示出了针对如在本文中所提出的、利用针对外部范围12的非恒定(非零梯度部分)定义的第二传递函数(以虚线示出)的两个示范性图示。所述第二传递函数被示为被叠加在第一传递函数(以虚线示出)和直方图3上。宽泛地，在本文中设想到的第二传递函数具体是非线性的，例如，在外部范围12中震荡(或者以其他方式)，而所述第一传递函数在内部范围10中是线性的。

针对根据图5A的外部范围的第二传递函数仅仅是分段线性的，但是在整个外部范围上是非线性的。直方图3的峰是针对空气(最左侧)和脂肪/水(中间)的。所述第一传递函数在外部范围中是恒定的，因此，空气被映射到黑值，并且水、脂肪和骨骼被映射到白值。该情况完全不同于第二传递函数，所述第二传递函数是外部范围12上是非恒定的。所述第二传递函数揭示所述外部范围的细节。具体地，脂肪(虚线的峰)被绘制为比水(虚线的谷)绘制得暗得多，因此利用在x轴上在“0HU”处被标记的对应过渡点示出了所述过渡。根据A的所述第二传递函数是针对肺成像的范例，但是这仅仅是范例而根本不是限制。

针对根据B的外部范围的所述第二传递函数是针对在所述外部范围中不是线性的非恒定传递函数的另一范例。具体地，该函数是震荡的(但是，如所示的，不必是周期性的)。在脂肪和水峰值处，所分配的灰阶值是接近相同的，但是所述外部范围处在这两者之间的部分现在通过所述第二传递函数的具有强梯度的部分被映射以清晰地绘制在0HU(＝CT强度1000)处的脂肪-水过渡。

在两者范例A、B中，针对所述内部区域来维持所述第一传递函数，因此，不存在“信号损失”以及针对临床医师所要求的重新学习，因为所述内部区域将如之前所绘制的。仅现在被解析为关于过渡的细节的外部区域归因于新近提出的第二传递函数的操作。

同样地，第二传递函数可以使用或者可以不使用整个灰阶值谱，因此，其可以映射为或者可以不映射为包括黑或白，取决于当前的成像应用。使所述第二传递函数在所述外部范围中是非线性的并且使所述第一传递函数跨如在图5中所示的内部范围是线性的允许实现这样的视觉效应，其中，主要感兴趣区域表现为例如在图3B、D中所示的比(一个或多个)剩余区域更高的对比度。这允许更好的用户交互，因为用户能够更好的聚焦于所述主要区域，但是仍被提供有关于(一个或多个)剩余区域的一些(简化的)结构信息。用户注意力分散的风险被降低，同时用户仍被提供有(一个或多个)剩余区域的宽的概览视图。

返回参考图3，图3中的上部行(画面A、B)是典型3D胸部CT图像的一个冠状切片的图示。具体地，画面A是根据针对肺的标准水平-窗口设置的胸部扫描的图示(使用-800至-100的HU范围的胸部CT扫描的冠状视图)。因此，肺能够被最佳地查看，但是具有更高HU值的所有内部器官在均匀图像区域202中“消失”，例如肌肉、脂肪和骨骼全部呈现白色，身体外部的所有项(衣服、毯子...)在该范例中呈现为黑色。相反地，能由所提出的可视化器VS获得的图像在画面B中被示出。肺水平-窗口设置不改变，因此，能够如之前地回顾肺，但是另外地，内部身体结构204现在在肺区域周围是可见的，其在先前(画面A)均匀背景的反衬下清晰醒目。在本文中相关性较小，但是仍图示以示出所提出的系统的有效性，以包括上下文信息，应当注意，甚至其他结构，诸如(患者)的毯子的褶皱在身体区域外部是可辨认的。

图3中的下部行(画面C、D)是典型3D骨盆CT图像的一个轴向切片的图示。更具体地，画面C图示了根据针对良好软组织对比度(使用-100至+100的HU范围的骨盆的CT数据集)的标准水平-窗口设置的骨盆扫描的可视化。利用这种设置，骨骼呈现白色，并且内部骨质结构因此不再可见。画面D是根据所提出的可视化器VS的相同图像的可视化。软组织对比度与之前的是相同的，但是现在利用先前(画面C)隐藏的过渡结构出现来更好地分辨骨骼结构。

在这两个范例B、D中，在所选择的窗口外部的相应传递函数被映射到灰度值，所述灰度值已经被用在内部区域中，例如参见先前黑的背景现在大部分呈现白色。然而，在背景中，对比度很少在在结构自身内，而是在结构过渡处。以这种方式，我们实现了针对外部区域的图像外观是不同的(不同于内部区域的绘制)，因此，向用户指示所述外部区域的绘制对根据内部区域的绘制的信息是附加的。因此，回顾者不会被已经被绘制为背景的区域中的强的对比度或颜色分散注意力。

当然，所述外部范围中的所述图像值不必须是灰度值，而也可以是真实颜色。例如，水平窗口的“上方”(或者右侧)的外部范围的区域可以以一种颜色的阴影来绘制，并且所选取的水平窗口的“下方”(或者左侧)的区域可以以相同或另一种颜色的(其他)阴影来绘制，或者绘制可以包括通过彩虹颜色谱的过渡。使用针对所述外部范围的不同部分的不同颜色或阴影尤其针对诸如手持式设备(智能电话、手提电脑等)的低对比度/低分辨率屏幕是尤其有用的，尤其是当被用在诸如户外的明亮环境中时。

优选地，在具有局部最小等表面区域的HU值处选择色调改变，因为其已经观察到例如皮肤的“真实”表面比所谓的由于噪声的“伪迹”表面(其中大多数每个体素是表面体素)具有小(得多)的等表面区域。针对CT图像，这些值与以下不同组织类型之间的HU值范围的过渡相关：空气、水、脂肪、骨骼、和金属。换言之，所提出的可视化器VS生成补充的额外传递函数，其在所选择的窗口外部的有意义的等水平处具有对比度。针对MR图像的显示，这些值应当被动态地选取，即，针对每个个体图像来更新，利用V Pekar等人在IEEE VIS'01Proceedings of the conference on Visualization 2001，第223-230页上的“Fastdetection of meaningful isosurfaces for volume data visualization”一文中所描述的技术。

如能够看到的(在图3中的画面B、D)，由所提出的可视化器VS所产生的可视化固有地能够根据所述内部区域制做所述外部区域中能分辨的过渡结构以及图像信息。不需要额外的诸如叠加层等的图形辅助物(但是，当然，仍能够使用这样的图形叠加层)来突出显示这些过渡结构，突出显示这些过渡结构针对临床医师会是分心的，临床医师正在当今的永远忙碌的临床环境(时间是非常宝贵的)进行大的工作量。所提出的可视化器冲击在提供关于所述内部范围的聚焦结构化信息并且同时向用户提供关于所述外部范围的额外的结构化信息之间的有用中间地带。因为在所述外部范围中的所述可视化仅突出显示了承载足够信息(如相对于下文更详细论述的度量所测量的)的那些过渡点，该中间地带能够在无需将用户淹没于过多细节中的情况下实现。所提出的可视化器鼓励走出边框的思维定势，其中，用户能够保持关注围绕主要感兴趣区域的解剖学背景。

简言之，所提出的可视化器VS生成除了由用户或者通过协议指定的传递函数之外的第二传递函数。所述第二传递函数被配置为当被用于绘制时强调由所述外部范围中的强度值表示的结构的特定突出特征。更具体地，所提出的可视化器VZS分析在所述外部范围中的信息以找到过渡的区域或点，并且所述第二传递函数然后被配置为影响在那些过渡点/区域处的最大对比度。当然，所提出的可视化器也能够被用于不仅生成针对所述第一传递函数的强度值的所述腕部范围的一个而是两个或更多个传递函数。

返回参考图1中的框图，在以下文在图4的流程图处进一步更为详细地解释操作之前首先简单地介绍可视化器VS的部件。

所述可视化器VS包括输入端口IN，在所述输入端口处，接收所述强度值(如从由图像采集装置采集的信号转换的)。所述可视化器还接收如例如由用户指定的传递函数的说明，所述传递函数被认为被适当地配置用于特定主要感兴趣区域。所述传递函数的定义尤其包括如上文在图2中所解释的强度值的所述外部范围和所述内部范围的定义。然后，过渡区域识别器TRI检查所述外部区域强度值，并且在其中识别一个或多个过渡点。那些点被认为表示潜在感兴趣结构，诸如表示结构中的过渡、组成或配置等的强度水平。然后，传递函数生成器GFT生成被限制到所述外部强度值的第二传递函数。该传递函数被配置为使得其能够在那些精确地识别的过渡点处生成最大对比度或者在围绕(一个或多个)过渡点的相应邻域中生成至少局部最大对比度。这尤其意味着这样配置的所述第二传递函数在那些精确的过渡点处具有局部最大斜率或者至少非常大的斜率(与邻域斜率相比)。然后，所述第二传递函数由绘制器RD用于以其他方式已知的方式来生成所述可视化，并且在输出端口(未示出)处将控制信号传递到视频系统VD，以实现在显示单元MT上的可视化的生成。在一个实施例中，所述过渡区域识别器TRF的操作基于对在针对所述外部区域的所接收的图像数据的等表面进行检查。然后，所述等表面被评估以这样识别过渡点或区域。例如，用于估计是否存在过渡点的适合的度量包括计算所述等表面的区域大小和/或计算跨所述等表面的梯度或梯度的积分。而且，可以考虑梯度的绝对值。所述度量被相对于被适当地定义的阈值进行比较以建立是否存在过渡点。除了产生示出在所述过渡点处的最高对比度的可视化之外，所述绘制器可以被配置为包括产生过渡点的那些等表面的轮廓线形式的等高线的图形表示。

现在参考图4，更为详细地解释所提出的可视化器VS的操作。然而，将领会到，图4中的流程图以及接下来的描述不必联系到如在图1中所列出的架构，并且根据在图4中的流程图的算法或图像处理方法也能够凭其自身权利来读取。

在步骤S405处，接收由强度值的范围(具有或者没有转换)定义的图像原始数据。不必与所述强度值同时地接收所提出的第一传递函数的说明。针对第一(主要)感兴趣区域来配置或“定制”该第一传递函数。所述第一或主要传递函数可以由用户手动地生成或者可以基于由适当的成像协议的指令自动地生成。所述第一传递函数将强度值的范围引入到内部范围和外部范围。在一个实施例中，所述外部范围由那些强度值形成，所述强度值可以由所述第一传递函数被映射到恒定颜色值。

在步骤S410处，检查所述强度值的所述外部范围，以识别其中表示在被成像对象的组成或结构或其他过渡的点或区域。根据一个实施例，使用Pekar等人的方法(上文所提到的)，所述方法基于对所述外部范围中的强度值内的等表面进行分析。更具体地，Pekar的方法能够被用于找到其等表面具有感兴趣结构的等值。这样找到的等水平已知使如现在更详细解释的特定标准最大化。

在步骤S410处的识别步骤可以具体包括评估步骤以评估如借助于适合的度量由所述等表面编码的信息。所述评估操作旨在建立等表面的局部行为/结构，其是针对所述过渡的指示项。术语“等表面”在本文中在一般意义上使用并且在强度值的集合是2D(如在平面放射摄影)而非3D的情况下尤其包括“1维表面”(亦即，线)。

使用Pekar的方法，一旦计算了这些等水平，针对所述外部范围中的一个或多个(或者每个)强度值(例如，体素灰度值)，应用所述度量来评价所述等表面(或者在该值周围的范围中的子体积)：设想到的针对适当的度量的实施例包括计算相应等表面的面积。在另一实施例中，所述度量被实施为积分函数。更具体地，跨(亦即，垂直于)相应等表面的图像梯度被积分以获得在所述度量下的分数。在其他实施例中，所述度量涉及计算所述梯度的绝对值以估计“梯度强度”。备选地，也可以通过查看有符号的梯度而非其绝对值来以“指向性方式”估计梯度行为以了解所述梯度强度是被指向到所述等表面的内部还是外部。

这些度量指示沿着相应等表面的图像值的改变。换言之，由所述度量返回的分数能够被认为对是人们想要在强度值的集合中识别的过渡的幅度的量化。Pekar的理论已经被发现在计算上是(非常)便宜的，因此，所述度量(例如，积分函数)能够针对所述外部范围中的每个强度值在合理的时间中来计算。在所述外部范围中的该度量函数的局部或全局极值(最大值或最小值)然后能够被识别为产生过渡的轨迹，亦即，在这些轨迹处的图像内容富有额外的信息。

尽管上文已经在多个场合参考了Pekar的文献，但是将理解，其仅仅是示范性实施例，并且也可以适于其他适当的分析技术。例如，在其他实施例中，所述评价操作可以包括计算诸如线性图的其他函数并且检查其本征值，所述本征值然后与适当的选取的阈值进行比较。例如，所述等表面可以通过线性算子(诸如Hessian矩阵)来局部地逼近，并且检查该矩阵的本征值允许估计所述等表面的性质，其可以再次提供关于所述等表面是否表示过渡的线索。

总结以上，并且根据一些实施例，所述评价操作在所述等表面上操作。其可以评价诸如以下的性质，例如面积、平均强度、跨所述等表面的梯度绝对值、局部特征响应等等。所述评价操作的结果可以被要求在阈值之上或之下以将生成该等表面的强度值量化为过渡值。针对存在过渡点的另一量化标准在于，针对所述评价操作所使用的度量，作为所述强度值(对应于等表面)的函数，返回至少局部(如果不是全局的)极值(最大值或最小值)。换言之，所识别的强度值是积分绝对梯度值是至少局部最大值或者跨等表面的绝对梯度在特定阈值之上或者其等表面区域是局部最小值或特定阈值之下的那些强度值。

在步骤S420处，针对强度值的外部集合生成不同于所述第一传递函数的第二传递函数。所述传递函数被配置为使得其假设在那些精确的过渡点处的最大斜率(亦即，梯度)，如在先前的步骤S410中所识别的。换言之，所述第二传递函数返回在所述外部范围中的所述过渡点/区域处的最大对比度，亦即，在所述第一传递函数的预定义水平窗口范围外部。换言之，最大斜率可以是或者可以不是全局最大值，仅局部最大值(在所述过渡点周围的特定邻域)可以是足够的。备选地，不必确切地在所述过渡点处发生最大斜率。可能足够是，在最大或局部最大斜率处发生在接近实际过渡点的外部值处发生。具体地，所述第二传递函数在(整个)外部范围中是非线性的，而所述第一传递函数在(整个)内部范围中是大致线性的。

可以自动地确定或者可以由用户规定针对所述过渡点(或者针对接近过渡点的点)设想到的(局部)最大斜率。一旦已知所述过渡点的位置，所述第二传递函数能够被计算作为根据图5A的锯齿形或者通过使用贝赛尔曲线模块来计算曲线(其不是线性的)以穿过所述过渡点作为具有规定的斜率的控制点。

在步骤S430处，基于(至少)两个传递函数来生成可视化。如上文所解释的，画面B、D示出了利用所提出的方法能获得的示范性图像。任选地，并且在一些实施例中，另外，等高线是根据所述第二传递函数增强对比度的所绘制的线。所述第二传递函数连同原始传递函数或者与之隔离地可以被存储在适合的存储设备MEM上，诸如数据库等，以用于将来参考。

在步骤S405处，在接收所述强度数据后可以对上文所描述的步骤中的一些步骤或所有步骤自动进行初始化。在加载所述强度数据后在没有用户交互的情况下，所述用户被呈现以所述可视化。在本文中也设想到了其他更加交互性的实施例。例如，在一个实施例中，首先显示基于所述第一传递函数的初始可视化，包括由所述第一传递函数的动作而被等同的一个或多个均匀区域202。用户然后通过触摸屏动作或者通过指针工具(计算机鼠标或手写笔等)的操作来指定要搜索更多结构的区域202。响应于该请求，然后生成根据绘制步骤S430的基于两个(或更多)传递函数的可视化。在一个实施例中，在步骤S405处接收所述强度数据后在预处理阶段中执行处理步骤S410、S420，并且仅仅绘制步骤S430然后被延迟。然后，所述绘制步骤仅在接收到用户要求时执行。备选地，仅在接收用户要求后执行所有步骤S410-S430。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在合适的系统上执行根据前述实施例中的一个实施例的方法的方法步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在移动或静态计算机单元上，所述计算机单元也可能是本发明的实施例的一部分。所述计算单元可以适于执行或包括执行上文所描述的方法的步骤。此外，可以适于操作上文所描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此可以被装备为执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序以及借助更新将现有程序转为使用本发明的程序的计算机程序。

此外，所述计算机程序单元可以能够提供所有必要的步骤以满足如上文所描述的方法的示范性实施例的流程。

根据本发明的另外的示范性实施例，提供了计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质在其上存储由计算机程序单元，通过前面的段落描述了计算机程序单元。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质(尤其是但不必是非瞬态介质)上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

然而，所述计算机程序也在如万维网的网络上提供，并且能够从这样的网络下载在数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了一种使得计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前所描述的实施例的一个实施例的方法。

应当注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，一些实施例是参考方法型的权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备型的权利要求来描述的。然而，本领域技术人员根据上文和下文的描述将领会到，除非以另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，与不同主题相关的特征之间的任意组合也被认为在本申请中被公开。然而，可以组合所有特征，提供超过所述特征的简单加和的协同效应。

尽管在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员根据附图、公开内容和从属权利要求在实践所主张保护的本发明时能够理解并且实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足在权利要求中所记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。

Claims (11)

1.一种图像处理系统，包括：

-输入端口(IN)，其用于接收：i)图像数据，其包括从由成像装置采集的关于被成像的对象的信号转换的一范围的强度值；以及ii)第一传递函数的定义，其被配置为将所述一范围的所述强度值内的数据区间映射到图像值的图像区间；

-过渡区域识别器(TRI)，其被配置为从所述数据区间外部的强度值之中识别一个或多个过渡强度值，所述数据区间外部的强度值在本文中被称为外部强度值，所述一个或多个过渡强度值表示所述对象的组成和/或配置中的过渡或者表示关于与所述对象有关的物理性质的过渡；

-传递函数生成器(TFG)，其被配置为针对所述外部强度值生成至少一个第二传递函数，所述至少一个第二传递函数是非线性的，并且在所述一个或多个过渡强度值处或其附近具有相应的非零梯度；以及

-绘制器(RF)，其被配置为基于至少两个传递函数在显示单元(MT)上绘制所述图像数据的至少一部分的可视化。

2.根据权利要求1所述的图像处理系统，其中，所述过渡区域识别器(TRI)被配置为计算针对所述外部强度值中的至少一个的至少一个等表面，其中，对所述一个或多个过渡强度值的所述识别基于由所述过渡区域识别器(TRI)对所述一个或多个等表面的评价操作。

3.根据权利要求2所述的图像处理系统，其中，所述评价操作包括计算一度量，所述度量是所述至少一个等表面的表面面积和/或跨所述等表面的梯度中的任意一项或多项，和/或所述评价操作包括计算梯度的积分或者梯度的绝对值或带正负号的值。

4.根据权利要求2或3所述的图像处理系统，其中，如果所述度量返回在阈值之上或之下的值或者如果所述度量假定至少局部极值，则所述过渡强度值被识别。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的图像处理系统，其中，所述绘制器(RD)被配置为在所述可视化中包括所述一个或多个等表面的一条或多条轮廓线。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理系统，其中，所述图像数据是以下中的任意项：2D X射线图像、3D计算机断层摄影图像体积、磁共振图像数据、2D或3D超声图像。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理系统，其中，所述组成过渡包括材料类型过渡或者在材料类型与背景之间的过渡。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理系统，包括所述显示单元(MT)和/或所述成像装置(IAA)。

9.一种图像处理方法，包括：

-接收(S405)：i)图像数据，其包括从由成像装置采集的关于被成像的对象的信号转换的一范围的强度值；以及ii)第一传递函数的定义，其被配置为将所述一范围的所述强度值内的数据区间映射到图像值的图像区间；

-从所述数据区间外部的强度值之中识别(S410)一个或多个过渡强度值，所述数据区间外部的强度值在本文中被称为外部强度值，所述一个或多个过渡强度值表示所述对象的组成和/或配置中的过渡或者表示关于与所述对象有关的物理性质的过渡；

-针对所述外部强度值生成(S420)至少一个第二传递函数，所述至少一个第二传递函数是非线性的，并且在所述一个或多个过渡强度值处或其附近具有相应的非零梯度；并且

-基于至少两个传递函数在显示单元上绘制(S430)所述图像数据的至少一部分的可视化。

10.一种用于控制根据权利要求1-8中的任一项所述的系统的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元(WS)执行时适于执行根据权利要求9所述的方法的步骤。

11.一种在其上存储有根据权利要求10所述的程序单元的计算机可读介质。