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？  

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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。

图1、组织CT值分布范围

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。

图2、窗宽窗位示意图

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