DE19861430B4 - Verfahren und System zur Wiedergabe verbesserter Bilddaten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Wiedergabe verbesserter Bilddaten mit einem Primärdatensatz, der ein Bild darstellt, in den zusätzliche Informationen gemischt sind, die zumindest einen zusätzlichen Aspekt des Bildes umfassen, der sich mit der Zeit verändert, mit den Schritten
a) Empfangen eines benutzerdefinierten Farbschwellenwerts,
b) Empfangen eines benutzerdefinierten Fensterbereichs,
c) Erzeugen zumindest einer Farbnachschlagetabelle mit Einträgen, die Werten in dem Fensterbereich entsprechen, wobei die Einträge unter dem Schwellenwert zu einer Grauwertschattierung gehören, und jene über dem Schwellenwert zu verschiedenen Schattierungen einer vordefinierten Farbe gehören,
d) Lesen eines verbesserten Datenwerts für ein Bildelement,
e) Nachschlagen eines Eintrags in der Nachschlagetabelle entsprechend dem verbesserten Datenwert, woraus sich eine Schattierung einer Farbe ergibt, wenn der verbesserte Datenwert über dem Schwellenwert liegt, und eine Grauwertschattierung ergibt, wenn der Wert unter dem Schwellenwert liegt, und
f) Anzeigen des Bildelements mit der Farb-/Grauwertschattierung.

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Datenkomprimierung und -wiedergabe.
• Aufeinander bezogene Datensätze können eng verbunden sein, so daß es wünschenswert ist, beide gleichzeitig wiederzugeben. Es können mehrere volumetrische Datensätze vorhanden sein, die verschiedene physikalische Parameter messen, die an im wesentlichen den gleichen Orten abgetastet werden. Bei meteorologischen Daten können dies beispielsweise die Windgeschwindigkeit und Temperatur eines gegebenen Volumens sein.
• Dies trifft auch bei mehreren volumetrischen Datensätzen zu, die durch eine medizinische Abbildungseinrichtung des gleichen Volumens eines Subjekts erfaßt werden. Beispielsweise kann bei einer Ultraschallabbildung ein Dopplerverschiebungsdatensatz in dem erfaßten Ultraschallfrequenzsignal zum Quantifizieren der Blutgeschwindigkeit und der Fließrichtung zusätzlich zu dem Standardabbildungsdatensatz verwendet werden.
• Bei einer Magnetresonanzabbildung können Thermal- und Geschwindigkeitsdatensätze zusätzlich zu dem Standard-MR-(Magnetresonanz-)Bilddatensatz verwendet werden. Die zusätzlichen Informationen werden bei der Abbildung durch Farbkodierung bei einem ansonsten aus Grauwerten bestehenden Bild wiedergegeben. Es wurden farbkodierte Überlagerungen verwendet, um thermische Hot Spots bei der phasenempfindlichen Temperaturabbildung aufzuzeigen. Farbkodierte Überlagerungen wurden auch zur Hervorhebung von Aktivierungsflächen bei funktionalen Gehirn-MRI-(Magnetresonanzabbildungs)Abtastungen verwendet.
• Eine Herausforderung bei vorhandenen Verfahren zur Wiedergabe besteht darin, daß der die zusätzlichen Informationen enthaltende Datensatz manchmal so groß wie (oder größer als) der Primärdatensatz ist. Dies kann die Plattenkapazität und Da tenübertragungsbandbreite einer Abtasteinrichtung erheblich überlasten.
• Die Wiedergabe verarbeiteter Daten ist auch schwierig, da viele Informationen während der Verarbeitung verloren gehen können. Beispielsweise ist es bei einer MR-Abbildungswiedergabe häufig üblich, einen dreidimensionalen Datensatz in ein zweidimensionales Projektionsbild zu reduzieren. Dies wird oft unter Verwendung einer Maximum-Intensitäts-Projektion (MIP) durchgeführt. Aktuelle Verfahren zur Erzeugung von MIP-Bildern aus dreidimensionalen Phasenkontrastangiogrammen werden bei der Größenkomponente der Daten angewendet, wodurch alle Richtungsinformationen verloren gehen.
• MIP-Daten können aus den quantitativen Geschwindigkeitsdaten erhalten werden, jedoch müßte die MIP dreimal (einmal für jede Flußkomponente) über den dreidimensionalen Datensatz zur Ausbildung einer vollständigen Analyse durchgeführt werden.
• Gegenwärtig besteht das Bedürfnis nach einem System, das zusätzliche Informationen in Primärdatensätze einfügt, wobei eine Anzeige von mehr als einem Parameter gleichzeitig ermöglicht wird.
• Die US-A-4 752 734 beschreibt ein Kombinieren von Datensätzen zum Bereitstellen eines kombinierten Datensatzes. Zur Erzeugung von Projektionsbildern werden zwei verschiedene Datensätze akkumuliert und dann zur Bildung eines resultierenden Bildes subtrahiert. Die zwei Datensätze werden derart erhalten, dass für statische Abschnitte des Gewebes die Daten identisch sind und sich aufheben, während für Bewegungsabschnitte (wie Blut) die zwei Datensätze unterschiedlich sind. Ein Datensatz wird während einer Systole aufgenommen, und der andere während einer Diastole. Im resultierenden Bild sind das Blut und implizit die Gefäße, in denen es fließt, klar zu sehen, während das statische Gewebe unterdrückt ist.
• Die US-A-5 332 968 beschreibt eine Überlagerung eines Grauwertbildes und eines Farbbildes.
• Die US-A-5 629 720 beschreibt die Verwendung von Nachschlagetabellen zur Erzeugung von Datensätzen.
• Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, ein System auszugestalten, das digitale Informationen von zwei oder mehreren unabhängigen Quellen in einem einzelnen Bild zur Verringerung von Datenspeicherungserfordernissen kombiniert.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausgestaltung eines Systems für die Anzeige von Bilddaten, die Informationen von zwei oder mehreren unabhängigen Quellen enthalten.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Farbkodierung von Magnetresonanzangiogrammen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Farbkodierung funktionaler Magnetresonanzbilder.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Kombination von Informationen, die mit mehrfachen Abbildungsmodalitäten erfaßt werden.
• Es besteht das Bedürfnis nach einer Speicherung zusätzlicher Informationen in Primärdatensätzen zur späteren verbesserten Wiedergabe. Dies kann bei einer Abbildung angewendet werden, wobei Aktivierungsbereiche in funktionalen MRI-Bildern und Flußrichtungsinformationen in MR-Angiogrammen ohne Erhöhung der Größe bzw. Menge der gespeicherten Daten angezeigt werden.
• Der verbesserte Datensatz sollte mit vorhandenen Anzeigeverfahren, wie dem Verfilmen und der direkten Darstellung auf einem Grauskalenmonitor, und mit Datenreduktionsverfahren (wie MIP) kompatibel sein.
• Erfindungsgemäß werden Primärdatenworte mathematisch geändert, um zusätzliche Informationen von einem Sekundärdatensatz einzuschmuggeln. Diese zusätzlichen Informationen werden dann zur Verbesserung der Wiedergabe des verbesserten Datensatzes verwendet. Ein Beispiel dafür ist die Veränderung der Bildelementfarbe und/oder Intensität einer Anzeige zur Veranschaulichung ausgewählter Merkmale und/oder Aspekte eines digitalen Bildes.
• Die niedrigstwertigen Bits der digitalen Worte in den Bildelementen des verbesserten Datensatzes werden zur Speicherung der zusätzlichen Informationen verwendet. Dies wird durch Verschiebung der digitalen Worte des Primärdatensatzes um ei ne ausgewählte Anzahl von Bits bewirkt, wodurch die niedrigstwertigen Bits frei werden. Werden beispielsweise drei Bits zusätzliche Informationen gewünscht, wird jedes Bildelement in dem digitalen Bild mit 2³ = 8 multipliziert. Obwohl der dynamische Bereich der Bilddaten um drei Bits verringert wird, stellt dies in der Praxis kaum ein Problem dar, da die meisten Bilder ihren dynamischen Bereich (typischerweise 16 Bits oder 32 Bits) nicht vollständig ausnützen.
• Umfaßt der dynamische Bereich des Bildes allerdings die vollständige Wortgröße, kann ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung angewendet werden, bei dem die niedrigstwertigen Bits der ursprünglichen Bilddaten durch die zusätzlichen Informationsbits ersetzt werden.
• Die Erfindung findet Anwendung in der Phasenkontrast-Magnetresonanzangiographie (MRA). Hier kann die Richtung des Blutflusses als zusätzliche Informationen in dem digitalen Anzeigewort aufgenommen werden.
• Wurden die zusätzlichen Informationen einmal in die Daten als Teil des Erfassungsprozesses geschmuggelt, kann ein Bediener später den verbesserten Datensatz während der Wiedergabe untersuchen. Verwendet der Bediener bei der Abbildung herkömmliche Verfilmfunktionen oder Darstellungen der Daten auf einer Grauskalenanzeigeeinrichtung (wie der Abtasteinrichtungskonsole), erscheinen die verbesserten Bilder als normale Grauwertbilder. Auf Wunsch des Bedieners können die Bits allerdings zur Steuerung der Farbe der dargestellten Bildelemente verwendet werden.
• Werden die geschmuggelten Bits zum Kolorieren von Daten verwendet, werden auch Bereiche des Bildes mit Rauschen koloriert. Dies kann zu einer unerwünschten Anzeige führen. Zur Vermeidung dieses Problems kann eine Steuerung, die ähnlich jenen Steuerungen ist, die zur Ausbildung eines Fensters und zum Nivellieren von Grauwertdaten verwendet werden, zur Bestimmung eines Schwellenwerts für die Anwendung der Farbnachschlagetabelle verwendet werden. Ist dieser Schwellenwert beispielsweise relativ hoch, werden lediglich intensive Bildelemente koloriert. Ist der Schwellenwert relativ niedrig, dann werden mehr Bildelemente koloriert.
• Ein bemerkenswerter Vorteil der Kolorierung von Daten mit zusätzlichen Informationen, die in die ursprünglichen Bilddaten geschmuggelt wurden, besteht darin, daß die Daten durch Maximimum-Intensitäts-Projektions-(MIP-)Algorithmusverfahren verarbeitet werden können, ohne daß die geschmuggelten Bits verloren gehen, da sie nun Teil des Anzeigeworts sind. Demnach kann eine zweidimensionale Projektion so einfach wie das dreidimensionale Quellenbild manipuliert und koloriert werden.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Verfahrens zur Aufnahme von Phaseninformationen aus einer phasenempfindlichen MR-Datenerfassung in Größendaten aus der gleichen Erfassung,
• 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Verfahrens zur Aufnahme von Aktivierungsinformationen aus einer funktionalen MR-Datenerfassung in Größendaten aus der gleichen Erfassung,
• 3 eine Darstellung eines herkömmlichen Anzeigeworts, das ein in einem herkömmlichen Schwarz-Weiß-Bild verwendetes einzelnes Bildelement darstellt, und eines erfindungsgemäß modifizierten Anzeigeworts,
• 4 eine Darstellung einer bei der Anzeige von Bilddaten verwendeten herkömmlichen Farbabbildung,
• 5 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Farbabbildung von Anzeigeworten mit geschmuggelten Bits gemäß der Erfindung,
• 6 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Farbabbildung von Anzeigeworten mit geschmuggelten Bits gemäß der Erfindung,
• 7 eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Farbabbildung von Anzeigeworten mit geschmuggelten Bits gemäß der Erfindung,
• 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Erzeugung und Anzeige verbesserter Bilddaten und
• 9 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Erzeugung und Wiedergabe verbesserten Datensätze.
• Erfindungsgemäß werden Informationen aus zwei oder mehreren Datensätzen in einem einzelnen verbesserten Datensatz kombiniert, wobei eine Komponente der Informationen in den höchstwertigen Bits des Bildelementanzeigeworts plaziert wird, und die anderen Komponenten der Informationen in den niedrigstwertigen Bits der verbesserten Datenworte plaziert werden. Da die zusätzlichen Komponenten der Informationen an Bitorten plaziert werden, die niedrigerwertig als die niedrigsten Bits der ersten Komponente der Informationen sind, kann der kombinierte Datensatz mit herkömmlichen Mitteln manipuliert und angezeigt werden. Die zusätzlichen Informationen können allerdings bei Bedarf bei Manipulationen und/oder Anzeigen verwendet werden.
• 1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem Phasenkontrast-Magnetresonanzangiographie-(PC-MRA-)Daten verarbeitet werden. Phasenkontrast-Magnetresonanzangiographie-Daten bestehen aus zwei Informationskomponenten. Die erste Komponente ist in der Größe des erfaßten MR-Signals enthalten und spiegelt die Stärke des MR-Signals wieder. Die zweite Komponente ist in der Phase des erfaßten MR-Signals enthalten und spiegelt die Geschwindigkeit des das MR-Signal abgebenden Materials wieder.
• Bei der Phasenkontrast-MRA werden bis zu drei orthogonale flußempfindliche Erfassungen in jedem Schnitt des Subjekts durchgeführt. Infolgedessen besteht ein dreidimensionales Phasenkontrast-(3DPC-)Angiogramm aus bis zu vier unterschiedlichen dreidimensionalen Datensätzen nach der Bildrekonstruktion. Diese Datensätze sind 1) Größendaten, 2) X-Fluß, 3) Y-Fluß und 4) Z-Fluß. Jeder Flußdatensatz besteht aus einer Größenkomponente, die die Signalintensität des fließenden Blutes wiederspiegelt, und einer Phasenkomponente, die die Geschwindigkeit des Blutes wiederspiegelt. Unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels können die X-Fluß-, Y-Fluß- und Z-Fluß-Geschwindigkeitsdaten jeweils auf ein einzelnes Bit zur Anzeige der Richtung des Flusses reduziert werden (beispielsweise 0 = links, 1 = rechts). Diese drei Informationsbits können dann als niedrigstwertige Bits des Größendatensatzes zur Ausbildung eines verbesserten Datensatzes eingefügt werden.
• Gemäß 1 werden ein X-Fluß-empfindliches Bild mit einer Größenkomponente 110a und einer Phasenkomponente 110b, ein Y-Fluß-empfindliches Bild mit einer Größenkomponente 120a und einer Phasenkomponente 120b und ein Z-Fluß-empfindliches Bild mit einer Größenkomponente 130a und einer Phasenkomponente 130b mittels des Systems der Erfindung verarbeitet. Die Er findung kann bei allen Typen von PC-MRA-Daten einschließlich zwei- und dreidimensionaler Datensätze angewendet werden.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden jeweils die X-Fluß-Phasenkomponente 110b, die Y-Fluß-Phasenkomponente 120b und die Z-Fluß-Phasenkomponente 130b auf ein einzelnes Informationsbit für jedes Bildelement reduziert. Ein sinnvolles Reduktionsverfahren besteht in der Extraktion des Vorzeichens der Phasenkomponenten zum Erhalten eines einzelnen Datenbits jeweils für die X-, Y- und Z-Flußbilder zur Charakterisierung der Richtung des Flusses. Ist beispielsweise die Phase der Z-Komponentendaten positiv, zeigt dies an, daß die Richtung des Flusses die positive Z-Richtung war und somit wird das Z-Bit gesetzt (d.h. = 1). War dagegen die Richtung des Flusses die negative Z-Richtung, ist die Phase der Z-Komponente negativ und das Z-Bit wird nicht gesetzt (d.h. = 0). Die Reduktion der X-Flußdaten wird mittels eines X-Phasen-Reduktionsschritts 140a bewirkt, die Reduktion der Y-Flußdaten wird mittels eines Y-Phasen-Reduktionsschritts 140b bewirkt und die Reduktion der Z-Flußdaten mittels eines Z-Phasen-Reduktionsschritts 140c bewirkt. Die einzelnen Bits werden dann in einem einzelnen Drei-Bit-Wort unter Verwendung eines Bitkombinationsschritts 160 kombiniert.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Größenkomponenten der X-Fluß-, Y-Fluß- und Z-Fluß-Bilder in einem Größenkombinationsschritt 150 kombiniert. Bei dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Größenkomponenten auf bekannte Art und Weise unter Verwendung folgender Gleichung kombiniert: Kombinierte Größe = Quadratwurzel von (X2+Y2+Z2) (1)wobei X, Y und Z jeweils die Größe der X-Fluß-, Y-Fluß- und Z-Fluß-Bilddaten sind.
• Wurden die X-, Y- und Z-Größenkomponenten einmal kombiniert, weisen die resultierenden Bilddaten Bildelementintensitäten auf, die die Geschwindigkeit des Flusses in den abgebildeten Gefäßen wiederspiegeln, enthalten jedoch keine Informationen über die Richtung des Flusses. Dagegen enthält das in dem Kombinationsschritt 160 berechnete Drei-Bit-Wort die Richtung von Flußinformationen, aber keine Informationen über die Stärke des MR-Signals. Erfindungsgemäß wird das im Kombinationsschritt 160 berechnete Drei-Bit-Wort in die niedrigstwertigen Bitorte der kombinierten Größenkomponente eingefügt, die in dem Größenkombinationsschritt 150 bestimmt wurde. Dieses Einfügen wird in einem Einfügeschritt 170 durchgeführt. Bei Bedarf können die kombinierten Größendaten vor dem Einfügen des Drei-Bit-Worts an die höherwertigen Bitorte verschoben werden. Dadurch wird der gesamte Bildinhalt bewahrt, vorausgesetzt, daß ein ausreichender dynamischer Bereich in den ursprünglichen Größendaten vorhanden ist.
• Alternativ dazu können die drei niedrigstwertigen Bits der kombinierten Größendaten durch das Drei-Bit-Wort ersetzt werden. Dadurch wird die feine Intensitätsstruktur des Bildes (d.h. Rauschen) verändert, jedoch wird der dynamische Bereich bewahrt.
• In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem Daten aus einer funktionalen Magnetresonanzabbildung (fMRI) verarbeitet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst eine Bezugsabtastung 210 erfaßt. Eine Vielzahl von n nachfolgenden Bildern 220a, 220b, 220c ... 220n wird daraufhin erfaßt. Die Größe von Bildelementen in jedem nachfolgendem Bild 220a, 220b, 220c ... 220n wird dann von der Größe des entsprechenden Bildelements im Bezugsbild 210 mittels eines Subtraktionsschritt 230 subtrahiert. Das Ergebnis jeder Subtraktion wird dann auf eine ausgewählte Anzahl M von Datenbits in einem Differenzreduktionsschritt 240 reduziert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Differenzdaten ska liert, so daß alle möglichen Werte zwischen –(2^M-1-1) und 2^M-1 liegen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird von dem Vorzeichen der Differenz angenommen, daß es positiv ist, und die Differenzdaten werden skaliert, so daß alle möglichen Werte zwischen 0 und 2 2^m-1 liegen.
• Wurden die reduzierten Daten einmal berechnet, werden sie an den niedrigstwertigen Bits des Bezugsbildes mittels eines Biteinfügeschritts 250 eingefügt. Wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Bezugsbildelementdaten zu höherwertigen Bits vor dem Einfügen der reduzierten Daten verschoben werden, oder die reduzierten Daten können bei Bedarf die niedrigstwertigen Bits des Bezugsbildes ersetzen.
• Das zweite Ausführungsbeispiel findet auch bei digitalen Abbildungsverfahren Anwendung, bei denen ein Bezugsbild erfaßt und mit nachfolgenden Bildern verglichen wird. Diese Anwendungen enthalten u.a. eine temperaturempfindliche MR-Abbildung, eine MR-Spektroskopieabbildung, eine digitale Röntgenstrahlangiographie, und die Hervorhebung von Unterschieden in Satellitenbildern.
• 3 stellt ein Datenwort 300 eines einzelnen Bildelements in einem herkömmlichen digitalen Bild dar. Bei diesem Beispiel sind 32 Bits in dem Bildelement enthalten, und jedes Bit weist entweder den numerischen Wert 0 oder 1 auf. Das Datenwort 300 hat ein höchstwertiges Bit 310, ein niedrigstwertiges Bit 320 und ein vierthöchstwertiges Bit 330.
• Ein verbessertes Datenwort 350 ist das Datenwort 300 nach der erfindungsgemäßen Modifikation. Das verbesserte Datenwort 350 weist ein höchstwertiges Bit 360 auf. Zusätzliche Informationen 390 sind unter bzw. nach einem niedrigstwertigen Bit 370 des verbesserten Datenworts 350 eingefügt. In dieser Darstellung umfassen die zusätzlichen Informationen 390 drei Bits 380a, 380b und 380c. Dieses Einfügen von drei Bits ist mit der Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels konsistent, bei dem drei orthogonale Flußrichtungen in die Daten eingefügt werden. Dieses Einfügen von drei Bits ist auch mit der Verwendung des zweiten Ausführungsbeispiels konsistent, bei dem M = 3 gilt.
• Das niedrigstwertige Bit 370 entspricht dem ursprünglichen niedrigstwertigen Bit der unveränderten Daten 320 des Datenworts 300 und das höchstwertige Bit 360 entspricht dem vierthöchstwertigen Bit 330 des Datenworts 300.
• 4 veranschaulicht den herkömmlichen Vorgang, bei dem Bildelementdaten in einem Bild in Intensitäten zur Darstellung auf einem Farbmonitor umgewandelt werden. In diesem Beispiel wird ein dynamischer Bereich von 16 Bits für jedes Anzeigewort verwendet, woraus sich Werte zwischen –32768 und 32767 ergeben. Da der vollständige dynamische Bereich der Bilddaten weit über den des menschlichen Auges hinausgeht, wird durch den Bediener eine Untergruppe des vollen Bereichs der Daten ausgewählt. Diese Untergruppe wird durch zwei Parameter, ein Fenster W und einen Pegel L bestimmt.
• Das Fenster W bestimmt den Bereich der Bildelementintensitätswerte, die zur Anzeigehardware durchgelassen werden. Der Pegel L bestimmt den zu der Anzeigehardware durchgelassenen Durchschnitts-Bildelementintensitätswert. Bei herkömmlichen Anzeigesystemen werden die durch W und L bestimmten Bildelementintensitäten zur Ausbildung numerischer Anzeigeintensitätswerte 420 skaliert und interpoliert, die für eine 8-Bit-Anzeige Werte zwischen 0 und 255 aufweisen. Bildelemente, deren Werte die obere Grenze der Untergruppe überschreiten, bekommen einen Anzeigewert von 255, und Bildelemente, deren Werte geringer als die untere Grenze der Untergruppe sind, bekommen einen Anzeigewert von 0. In der Praxis kann der Bediener W und L (typischerweise mittels Knöpfen) leicht manipulieren und Kontrast und Helligkeit des angezeigten Bildes zur Optimierung der Visualisierung eines beliebigen Teils des Bildes schnell anpassen.
• Ist die End-Anzeigeeinrichtungs-Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Schwarz-Weiß-Monitors entwickelt, werden die Anzeigeintensitätswerte 420 direkt zu den Digital-Analog-Wandlern (DACs) gesendet, die wiederum die Intensitätsansteuerspannungen für den Monitor bereitstellen.
• Bei Farbmonitoren durchlaufen die Anzeigeintensitätswerte 420 typischerweise eine Farbnachschlagetabelle 430, die jeden Anzeigeintensitätswert in Anzeigeintensitätswerte für die roten, grünen und blauen Ansteuereinrichtungen der Anzeigeeinrichtung umwandeln. Wird ein Grauwertbild unter Verwendung der Farbnachschlagetabelle 430 angezeigt, sind die numerischen Ausgangssignale des roten, grünen und blauen Treibers einander gleich und verändern sich von 0 bis 255. Sind rot, grün und blau jeweils 0, zeigt der Monitor schwarz an. Sind rot, grün und blau jeweils 255, zeigt der Monitor weiß an. Zwischenwerte ergeben Grau-Zwischenpegel.
• Erfindungsgemäß sind die zusätzlichen Daten, die in die ursprünglichen Daten eingefügt wurden, unter Verwendung herkömmlicher Bildanzeigesysteme nicht sichtbar. Demzufolge ist ein Aspekt der Erfindung die Veränderung von Anzeigeeinrichtungen, die von den eingefügten Daten Gebrauch machen können. Ein erstes Beispiel dafür ist in 5 gezeigt. Hier wird ein Bildelementdatum 411 auf herkömmliche Art und Weise für ein gegebenes Fenster W und einen Pegel L analysiert, um einen Anzeigeintensitätswert 421 zu erhalten. Erfindungsgemäß wird allerdings eines der in den zusätzlichen Informationen (390 in 3) enthaltenen Bits ein Steuerbit und wird zur Auswahl zwischen zwei Farbnachschlagetabellen verwendet. Ist das Steuerbit gesetzt (d.h. = 1), wird eine erste Farbnachschlagetabelle 431 ausgewählt. Ist das Steuerbit nicht gesetzt (d.h. = 0), wird eine zweite Farbnachschlagetabelle 441 ausgewählt. Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung kann jede Farbnachschlagetabelle dynamisch durch den Bediener über die Bestimmung eines Farbschwellenwerts 451 modifiziert werden. Bei dem vorliegenden Beispiel werden Farbnachschlagewerte unter dem Schwellenwert, die als Wert A in 5 gezeigt sind, derart eingestellt, daß sie eine Bilderscheinung identisch mit einem herkömmlichen Schwarz-Weiß-Bild liefern. Farbnachschlagetabellenwerte über dem Farbschwellenwert werden zum Erhalten eines kolorierten Bildes modifiziert.
• Bei dem in 5 gegebenen Beispiel erscheinen entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel erhaltene Phasenkontrast-MRA-Daten als herkömmliches Schwarz-Weiß-Bild, wenn der Farbschwellenwert 451 maximiert wird (d.h. A = 255). Wird der Schwellenwert allerdings verringert, werden Bildelemente, deren Größen einen größeren Anzeigewert als A haben, mit einer kolorierten Nachschlagetabelle angezeigt.
• Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ergeben solche Bildelemente, deren Steuerbit gesetzt ist, einen roten Farbton, da die grünen und blauen Komponenten null sind. Dagegen ergeben solche Bildelemente, deren Steuerbit nicht gesetzt ist, einen blauen Farbton. Bei Phasenkontrast-Angiographiedaten erscheinen Blutgefäße, die Blut in einer ausgewählten Richtung transportieren, rot, während Blutgefäße, die Blut in der entgegengesetzten Richtung transportieren, blau erscheinen.
• 6 zeigt ein alternatives Farbabbildungsschema, bei dem ein Bildelementdatum 412 auf einen Anzeigeintensitätswert 422 reduziert wird, der wiederum entweder eine erste Farbnachschlagetabelle 432 oder eine Grauwertnachschlagetabelle 442 in Abhängigkeit vom Status eines ausgewählten Steuerbits ansteuert. Ein Farbschwellenwert 452 wird bei der ersten Farbnachschlagetabelle 432 wie vorstehend beschrieben angewendet, jedoch nicht bei der zweiten Farbnachschlagetabelle 442. Liegen infolgedessen Bildelementanzeigewortintensitäten über dem Farbschwellenwert A, werden sie nur dann koloriert, wenn das Steuerbit gesetzt ist. Bei Phasenkontrastangiographiedaten erscheinen Blutgefäße, die Blut in einer ausgewählten Richtung transportieren, rot, während Blutgefäße, die Blut in der entgegengesetzten Richtung transportieren, herkömmlich schwarz-weiß erscheinen.
• Bei den in den 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispielen wird ein einzelnes Steuerbit zur Auswahl der Farbnachschlagetabelle verwendet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können M Bits zur Auswahl zwischen 2^M Nachschlagetabellen verwendet werden, wie es für M = 4 in 7 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Bildelementdatum 413 auf einen Anzeigeintensitätswert 423 reduziert, der wiederum eine von 16 Farbnachschlagetabellen 433a, 433b, 433c ... 433p ansteuert. Die Auswahl der Farbnachschlagetabelle wird durch den Wert B der M = 4 Steuerbits bestimmt. Ein Farbschwellenwert 453 wird bei jeder Farbnachschlagetabelle 433 wie vorstehend beschrieben angewendet, jedoch nicht bei der letzten Farbnachschlagetabelle 433p.
• Somit werden funktionale MAI-Daten, die entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem M = 4 gilt, erfaßt und reduziert sind, mittels 16 verschiedener Farbnachschlagetabellen angezeigt. Bildelemente in dem Bild, die keine Änderungen bezüglich des Bezugsbildes aufweisen (d.h. keine funktionale Aktivierung) haben als zusätzliche Informationen null gespeichert (d.h. B = 0), wodurch die Anzeigeeinrichtung zur Auswahl einer herkömmlichen Schwarz-Weiß-Nachschlagetabelle 433p veranlaßt wird. Bildelemente mit moderaten Änderungen veranlassen die Anzeigeeinrichtung zur Auswahl eines kühlen Farbtons, wie blau, für ihre Nachschlagetabelle. Bildelemente mit größeren Änderungen veranlassen die Anzeigeeinrichtung zur Auswahl eines Zwischenfarbtons, wie grün, für ihre Nachschlagetabelle 433c. Bildelemente mit großen Änderungen veranlassen die Anzeigeeinrichtung zur Auswahl eines "heißen" Farbtons, wie rot, für ihre Nachschlagetabelle 433a. Gemäß den Ausführungsbeispielen in den 4b und 4c ermöglicht ein Farbschwellenwert dem Benutzer die dynamische Auswahl des Ausmaßes der bei dem angezeigten Bild angewendeten Kolorierung.
• Erfindungsgemäß ist jede kolorierte Nachschlagetabelle möglich. Durch die veranschaulichten Ausführungsbeispiele erhält der Bediener den Eindruck, daß ausgewählte Bildelemente durch farbiges Glas dargestellt werden (d.h. die Einzelheiten des zugrundeliegenden Quellenbildes sind immer noch ersichtlich). Der Farbton des farbigen Glases (beispielsweise rot, grün, blau, usw.) wird durch die Steuerbits bestimmt, die zusätzliche Informationen enthalten (beispielsweise die Flußrichtung, den Grad der funktionalen Aktivierung, usw.). Möchte der Bediener bei dem vorhergehenden Beispiel die Richtung des Flusses in der linken/rechten Achse bestimmen, kann der Wert des Bits an der den reduzierten linken/rechten Geschwindigkeitsinformationen entsprechenden Position zur Auswahl zwischen zwei alternativen Farbnachschlagetabellen verwendet werden. Bildelementdaten mit gesetztem "Links/Rechts"-Bit können mit einer Rot-Schwarz-Farbtabelle dargestellt werden, während Bildelementdaten mit nicht gesetztem "Links/Rechts"-Bit mittels einer Blau-Schwarz-Farbtabelle dargestellt werden können. Soll dagegen nur der Fluß in einer einzigen Richtung dargestellt werden, kann die Farbe-Schwarz-Nachschlagetabelle nur für solche Bildelemente angewendet werden, die den geeigneten eingefügten Bitwert aufweisen, und eine herkömmliche Weiß-Schwarz-Nachschlagetabelle kann für alle anderen Bildelemente verwendet werden.
• Die Verwendung eines Farbschwellenwerts ermöglicht die Kolorierung lediglich relevanter Bildelemente und beläßt die Anzeige der nicht relevanten Bildelemente (beispielsweise Rauschhintergrund außerhalb der abgebildeten Anatomie) in schwarz und weiß.
• 8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Hardwaresystems 500 für die Aufnahme zusätzlicher Bilddaten in ein primäres digitales Bild, das als Primärbild mit kleiner Änderung im dynamischen Bereich oder der sichtbaren Erscheinung, oder als verbessertes Bild mit Farbkodierung oder Überlagerungen angezeigt werden kann. Ein Computerbus 501 verbindet eine Plattenspeichereinrichtung 510, eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 520 und eine Speichereinrichtung 530 mit einem Graphikanzeigeuntersystem 540, und dient als Quelle von Primärdaten.
• Das Graphikanzeigeuntersystem 540 besteht aus einem Speicherpuffer 550, einer Steuereinrichtung 555 und einer Farbnachschlageeinrichtung 560. Die Farbnachschlageeinrichtung 560 ist mit Benutzereingabeeinrichtungen verbunden, die aus einer Fenstersteuerung 580a, einer Pegelsteuerung 580b und einer Farbschwellenwertsteuerung 580c bestehen.
• Erfindungsgemäß erfaßt die CPU 520 einen Primärdatensatz, der sich im Speicher 530 befinden oder auf der Plattenspeichereinrichtung 510 gespeichert sein kann, und fügt ihn zu einem Arbeitsspeicherpuffer 550 über eine Mischeinrichtung 553 hinzu.
• Eine Datenreduktionseinrichtung 557 weist entweder einen zuvor gespeicherten gewünschten dynamischen Bereich auf, oder empfängt einen gewünschten dynamischen Bereich als vom Benutzer definiert, der für die Wiedergabe erforderlich ist, wobei eine Anzahl von Wiedergabebits D angezeigt wird. Die zu verwendende Wortbreite der Wiedergabeeinrichtung P ist auch zuvor gespeichert oder wird vom Benutzer zugeführt. Von dieser Datenreduktionseinrichtung 557 aus wird der Betrag der freien Bits F bestimmt, die in die Primärdatensatzworte gemischt werden können.
• Die Datenreduktionseinrichtung 557 ist mit einer Sekundärdatenquelle 551 verbunden. Die Sekundärdatenquelle 551 kann physikalisch die gleiche Erfassungsvorrichtung sein, die zur Erfassung des Primärdatensatzes verwendet wird, jedoch einen Sekundärdatensatz erzeugt. Die Datenreduktionseinrichtung 557 reduziert die Sekundärdatenworte auf reduzierte Sekundärdatenworte mit jeweils M Bits.
• Die Datenreduktionseinrichtung 557 bestimmt unter gewissen Umständen eine geeignete Länge für M, wie wenn die Sekundärdaten auf eine feste Anzahl von Bits reduziert werden. Beispielsweise können Flußrichtungsdaten in drei Bits festgelegt werden, wobei jedes Bit eine Richtung entlang dreier orthogonaler Richtungen anzeigt.
• Die Mischeinrichtung 553 ist mit der Datenreduktionseinrichtung 557 verbunden und empfängt M und die M Bits jedes Sekundärdatenworts. Sie empfängt auch Informationen von der Datenreduktionseinrichtung 557. Die Mischeinrichtung ist auch mit dem Speicherpuffer 550 verbunden und verschiebt jedes Primärdatenwort um M Bitpositionen in Richtung des höchstwertigen Bits, und fügt die M Bits des reduzierten Sekundärdatenworts an den M niedrigstwertigen Bitpositionen ein.
• Wurde F kleiner als M bestimmt, verschiebt die Mischeinrichtung 553 die Primärdatenworte um F Bits und fügt M Bits des reduzierten Sekundärdatenworts in die niedrigsten M Bits des Primärdatenworts ein. Die vermischten Primär- und Sekundärdatenwortinformationen resultieren in einem neuen verbesserten Datensatz mit verbesserten Datenworten der gleichen Breite wie die der Primärdatensatzworte.
• Bei den verbesserten Datenworten sind die Sekundärdateninformationen in ihre niedrigsten Bits gemischt. Dies hat lediglich eine kleine Auswirkung auf die Werte, insbesonders dann, wenn M ungefähr die Anzahl der Bits oder weniger beträgt, die dem Pegel des Hintergrundrauschens entsprechen. Dies ermöglicht die Darstellung der verbesserten Datensätze auf einer herkömmlichen Wiedergabevorrichtung derart, als ob es sich um unveränderte Primärdatensätze handelt. Beispielsweise können verbesserte farbkodierte MR-Angiographiedaten als ursprüngliche Grauwertinformationen auf herkömmlichen Grauskalen-MR-Abtasteinrichtungen mit kleiner oder keiner Veränderung des dynamischen Bereichs, der Bildqualität oder des Speicherplatzes angezeigt werden. Diese gleichen verbesserten Datensätze können auch als farbkodierte Bilder auf einer verbesserten MR-Abtasteinrichtung unter der Verwendung der Erfindung dargestellt werden.
• Bei der Wiedergabe plaziert die CPU 520 das verbesserte digitale Bild in dem Anzeigespeicherpuffer 550.
• Die Farbnachschlageeinrichtung 560 empfängt das Fenster, den Pegel und die Farbschwellenwertinformationen jeweils von der Fenster-580, der Pegel-580b und der Farbschwellenwertsteuereinrichtung 580c. Dann erzeugt sie zumindest eine Farbnachschlagetabelle, wobei die Einträge über dem Farbschwellenwert Schattierungen einer vorbestimmten Farbe oder Farben definieren. Einträge an oder unter dem Farbschwellenwert definieren Grauwertschattierungen. Jeder Eintrag weist einen Index auf. Die Tabelle ist derart aufgebaut, daß der Fensterbereich in Indizes der Nachschlagetabelle abgebildet werden kann und alle Indizes der Tabelle überspannt.
• Eine Steuereinrichtung 555 liest die in den M niedrigstwertigen Bits des verbesserten Datenworts gespeicherten zusätzlichen Informationen und arbeitet dementsprechend.
• Bei der Farbkodierung digitaler Bilder zeigen die zusätzlichen Daten an, welche Nachschlagetabelle in der Farbnachschlageeinrichtung 560 zu verwenden ist.
• Die Farbnachschlageeinrichtung 560 führt die extrahierte Farbe oder den Grauwert den Digital-Analog-Wandlern 571 zu, die analoge Signale zur Ansteuerung des roten, grünen und blauen Kanals der Farbanzeigeeinrichtung 570 erzeugen.
• Modifikationen der Erfindung
• Obwohl die Erfindung vorstehend als System für die Manipulation und Anzeige von MR-Daten beschrieben ist, kann sie auch bei einem beliebigen digitalen Bild angewendet werden.
• Das Konzept des Schmuggelns von Informationen in die niedrigeren Bits kann bei allen digital kodierten Daten angewendet werden.
• Die beste Verwendung besteht im Mischen zusätzlicher Informationen aus einem zweiten Datensatz in den Primärdatensatz, der Einträge aufweist, die dem Primärdatensatz entsprechen. Wie es vorstehend angeführt ist, können zwei volumetrische Datensätze mit Einträgen, die zwei unterschiedliche physikalische Eigenschaften am gleichen Ort darstellen, leicht kombiniert werden. Die Vermischung dieser zwei Datensätze reduziert die Menge redundanter Informationen.
• Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können im allgemeinen Text, eine Stimme oder Klänge in ein Bild hineingeschmuggelt werden, zu dem sie gehören, ohne die Bildqualität zu beeinflussen. Dies ermöglicht die Einbettung einer Beschreibung eines Bildes oder Videoclips in dem Bild oder Videoclip selbst. Integrales Multimedia wird ausgebildet. Verbesserte Medien dieser Form sind voll mit älteren Medien-Wiedergabe-Einrichtungen kompatibel, die die eingebetteten Informationen nicht lesen können.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können kleine Programme oder Anwendungen in einen Primärdatensatz, wie ein Bild, geschmuggelt werden. Diese Anwendungen können dann sogar auf dem Bild selbst ausgeführt werden.
• Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können Unterstützungsinformationen in digitale Audiodaten mit untergeordneter Beeinträchtigung der Klangqualität (unterhalb des hörbaren Pegels) aufgenommen werden.
• 9 zeigt eine verallgemeinerte Version eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das meiste gleicht dem in Verbindung mit 8 beschriebenen. Da beide Datenquellen in 8 eine digitale Bildwiedergabe beinhalten, sind einige in 8 gemeinsam genutzte Elemente für das in 9 gezeigte Ausführungsbeispiel aufgespalten.
• Es sind eine Primärdatenquelle 503 und eine Sekundärdatenquelle 551 vorhanden. Daten von beiden Quellen sind in verbesserten Daten gemischt und in einer Speichereinrichtung 850 gespeichert.
• Eine Primärwiedergabeeinrichtung 861 ist mit der Speichereinrichtung verbunden und kann die verbesserten Daten derart wiedergeben, als ob es sich um die unveränderten Primärdaten handelt.
• Eine mit der Speichereinrichtung 580 verbundene Steuereinrichtung 855 liest die niedrigsten M Bits und führt diese einer Sekundärwiedergabeeinrichtung 860 zu, wodurch der Wiedergabeeinrichtung 860 die Wiedergabe der ursprünglichen in dem Sekundärdatensatz aufgenommenen Informationen ermöglicht wird. Die Sekundärwiedergabeeinrichtung 860 kann eine Anzeigeeinrichtung, wie in 8 gezeigt, eine Audiowiedergabeeinrichtung, eine Text- und Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung einer Textbeschreibung auf Bildern oder Video oder eine andere digitale Wiedergabeeinrichtung sein. Die Sekundärwiedergabeeinrichtung 860 wird durch eine Benutzer schnittstelle 880 gesteuert, die die Sekundärwiedergabeeinrichtung zur Änderung eines oder mehrere Aspekte der Sekundärdatenausgabe, wie des Volumens, Datenformats oder dergleichen veranlaßt.
• Erfindungsgemäß werden Sekundärdatensatzinformationen in einen Primärdatensatz (wie beispielsweise ein digitales Bild) aufgenommen, wobei ein gewünschter dynamischer Bereich und die Qualität der ursprünglichen Primärsatzdaten beibehalten wird. Die Sekundärdatensatzinformationen werden in die niedrigstwertigen Bits des Primärdatensatzes geschmuggelt, woraus sich ein verbesserter Datensatz ergibt. Bei Bedarf kann das Primärdatenwort in Richtung des höchstwertigen Bits verschoben werden. Der verbesserte Datensatz kann mit vorhandenen Wiedergabeeinrichtungen derart dargestellt werden, als ob es sich um den ursprünglichen Primärdatensatz handelt, wobei er allerdings nun zusätzliche geschmuggelte Informationen enthält, die in Übereinstimmung mit den Primärdatensatzinformationen wiedergegeben werden können. Ein Beispiel sind die Flußrichtungsinformationen, die in ein Angiographiebild geschmuggelt werden. Die niedrigstwertigen Bits der verbesserten Datenworte können zur Auswahl der Farbabbildung und des Farbcodes der Bilder verwendet werden. Es kann auch ein vom Benutzer einstellbarer Intensitätsschwellenwert zur Auswahl zwischen Farbabbildungen verwendet werden. Auf diese Weise gespeicherte Informationen liefern eine erhebliche Einsparung bezüglich Plattenspeicherungserfordernissen. Da ferner die Informationen des Primär- und des Sekundärdatensatzes in einem einzelnen Wort gemischt sind, bleiben sie über viele verschiedene Verarbeitungen hinweg, wie einer Maximum-Intensitäts-Projektion bei der volumetrischen Abbildung, zusammen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wiedergabe verbesserter Bilddaten mit einem Primärdatensatz, der ein Bild darstellt, in den zusätzliche Informationen gemischt sind, die zumindest einen zusätzlichen Aspekt des Bildes umfassen, der sich mit der Zeit verändert, mit den Schritten a) Empfangen eines benutzerdefinierten Farbschwellenwerts, b) Empfangen eines benutzerdefinierten Fensterbereichs, c) Erzeugen zumindest einer Farbnachschlagetabelle mit Einträgen, die Werten in dem Fensterbereich entsprechen, wobei die Einträge unter dem Schwellenwert zu einer Grauwertschattierung gehören, und jene über dem Schwellenwert zu verschiedenen Schattierungen einer vordefinierten Farbe gehören, d) Lesen eines verbesserten Datenwerts für ein Bildelement, e) Nachschlagen eines Eintrags in der Nachschlagetabelle entsprechend dem verbesserten Datenwert, woraus sich eine Schattierung einer Farbe ergibt, wenn der verbesserte Datenwert über dem Schwellenwert liegt, und eine Grauwertschattierung ergibt, wenn der Wert unter dem Schwellenwert liegt, und f) Anzeigen des Bildelements mit der Farb-/Grauwertschattierung.
2. System zur Wiedergabe verbesserter Bilddaten, wobei Sekundärbildinformationen, die zumindest einen zusätzlichen Aspekt eines Bildes umfassen, der sich mit der Zeit verändert, in einen Primärdatensatz gemischt sind, der ein Bild darstellt, mit a) einem Speicherpuffer (550) zum Empfang der verbesserten Bilddaten, b) einer Farbnachschlageeinrichtung (560) zur Erzeugung zumindest einer Farbnachschlagetabelle mit Einträgen entsprechend Werten innerhalb eines benutzerdefinierten Fensterbereichs, wobei die Einträge unter einem benutzerdefinierten Farbschwellenwert zu einer Grauwertschattierung gehören, und die Einträge über dem Farbschwellenwert zu unterschiedlichen Schattierungen einer vordefinierten Farbe gehören, c) einer Steuereinrichtung (555), die mit der Farbnachschlageeinrichtung und dem Speicherpuffer verbunden ist, um ein ein Bildelement darstellendes verbessertes Datenwort auszuwählen, die eingebettenen Sekundärinformationen auszuwählen, diese Informationen zur Auswahl einer Farbnachschlagetabelle zu verwenden, die verbleibenden verbesserten Datenwortinformationen zur Auswahl eines Eintrags in der ausgewählten Nachschlagetabelle zu verwenden, woraus sich eine Schattierung einer Farbe ergibt, wenn der verbesserte Datenwert über dem Farbschwellenwert liegt, und sich eine Grauwertschattierung ergibt, wenn der Eintrag unter dem Farbschwellenwert liegt, und d) einer Farbanzeigeeinrichtung (570), die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um den Farbnachschlagetabelleneintrag für jedes Bildelement zu empfangen und die Bildelemente entsprechend ihrer entsprechenden Farb- und Grauwertschattierungen anzuzeigen.
3. System nach Anspruch 2, ferner mit einer Farbschwellenwertsteuerung (580c) zur Zufuhr des benutzerdefinierten Farbschwellenwerts zu der Farbnachschlageeinrichtung, die zur dynamischen Modifikation der Farbnachschlagetabellen geeignet ist.
4. Verfahren zur Anzeige verbesserter digitaler Daten mit einem Primärdatensatz, der ein Bild darstellt, in den ein Sekundärdatensatz gemischt ist, der zumindest einen zusätzlichen Aspekt des Bildes umfasst, der sich mit der Zeit verändert, mit den Schritten a) Auswählen einer Farbnachschlagetabelle auf der Grundlage des Sekundärdatensatzabschnitts der verbesserten digitalen Daten und b) Auswählen eines Farbnachschlagetabelleneintrags aus der ausgewählten Nachschlagetabelle für die Umwandlung von Primärdatensatzinformationen in dem verbesserten Datenwort in Anzeigeintensitäten für eine Anzeigeeinrichtung.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zumindest eine der Farbnachschlagetabellen durch einen Benutzer unter Verwendung eines Farbschwellenwerts modifiziert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zumindest eine der Farbnachschlagetabellen Grauwertbildintensitäten erzeugt.