医学图像中的窗宽、窗位
在CT等医学影像显示领域,我们经常会听到窗宽(Window Width,简写WW)、窗位(Window Level,简写WL)的概念,那么到底什么是窗宽、窗位,它们跟医学图像之间的关系又是什么?
先说一下CT值是什么:
CT图像反映的是人体对X射线吸收的系数,但我们关心的是各组织结构的密度差异,即相对密度,如果某组织发生病变,其密度就会发生变化,但由于比较吸收系数非常繁琐,于是亨氏把组织器官对X射线的吸收系数换算成CT值,单位是Hu。水的CT值为0Hu,其它不同组织密度都与它进行比较。密度比水大为正值,比水小为负值。人体各组织CT值如图所示。
在显示器中往往只有 8位(0~255)的灰度显示深度, 而CT或者DR数据通常会有 12~16位(通常用16bit的变量类型表示,比如 short 和 unsigned short)。如果是将整张CT图像归一化到0~255,即将数据的 min 和 max 间 (dynamic range) 灰度归一化到 8位的0~255,这个过程是有损转换,很多细节图像信息将会损失掉,而且出来的图像往往突出的是些噪音。所以我们需要采用一定的算法来满足我们的显示要求:
- 充分利用 0-255 间的显示有效值域;
- 尽量减少值域压缩带来的损失;
- 不能损失应该突出的组织部分。
自然有一种方法是只将我们的目标区域像素范围归一化到0~255,小于这个范围的置直接为0,大于这个范围的直接置为255。这就涉及到了窗技术。
窗技术是CT检查中用以观察不同密度的正常组织或病变的一种显示技术,窗的定义了包括窗宽(window width)和窗位(window level),窗宽就是目标区域CT图像像素范围,窗位就是窗宽的中心CT值。
窗宽:
窗宽是指显示图像时所选用的要显示的CT值范围,在此范围内的组织结构按其密度高低从白到黑分为256个等级(灰阶)。CT值高于此范围的组织和病变,无论高出程度有多少,均以白影显示,不再有灰度差异;反之,低于此范围的组织结构,不论低的程度有多少,均以黑影显示,也无灰度差别。由此可见窗宽的宽窄直接影响图像的对比度;窄窗宽显示的CT值范围小,每级灰阶代表的CT值幅度小,因而对比度强,可分辨密度较接近的组织或结构,如检查脑组织宜选用窄的窗宽;反之,窗宽加宽则每级灰阶代表的CT值幅度增大,对比度差,适于分辨密度差别大的结构如肺、骨质。
窗位:
窗位是窗的中心位置,同样的窗宽,由于窗位不同,其所包括CT值范围的CT值也有差异。窗位是指窗宽上、下限CT值的平均数。因为不同组织的CT值不同,欲观察其细微结构最好选择该组织的CT值为中心进行扫描,这个中心即为窗位。窗位的高低影响图像的亮度:窗位低图像亮度高呈白色;窗位高图像亮度低呈黑色,但在实际操作中尚须兼顾其它结构选用适当的窗位。总之,如要获得较清晰且能满足诊断要求的CT图像,必须选用合适的窗宽、窗位,否则图像不清楚,还往往难以达到诊断要求,降低了CT扫描的诊断效能。
由于各种组织结构或病变具有不同的CT 值,因此欲显示某一组织结构细节时,应选择适合观察该组织或病变的窗宽和窗位,以获得最佳显示。
正常人体组织的CT值:
类别 |
CT值(HU) |
水 |
0±10 |
脑脊液 |
3-8 |
血浆 |
3-14 |
水肿 |
7-17 |
脑白质 |
25-32 |
脑灰质 |
30-40 |
血液 |
13-32 |
血块 |
64-84 |
肝脏 |
50-70 |
脾脏 |
50-65 |
胰腺 |
45-55 |
肾脏 |
40-50 |
肌肉 |
40-80 |
胆囊 |
10-30 |
脂肪 |
-20~-80 |
钙化 |
80-300 |
空气-200HU以上 |
骨骼+400以上 |
相应的C语言转换算法可参考:
https://blog.csdn.net/songzitea/article/details/8505469
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