医学图像中的窗宽（Window Width，WW）和窗位（Window Level，WL）

1. 定义

CT等放射医学影像中有窗宽（Window Width，WW）和窗位（Window Level，WL）的概念，这在医学图像处理中也经常用到。下面以CT为例对这个概念做一个解释。

常规显示器的颜色位深通常为8bit，而医学图像位深通常为10~12bit（常用16bit的变量类型表示，如有符号的短整型signed short，取值范围为-32768~32767）。以此为基础的CT值是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称亨氏单位（hounsfield unit ，HU），空气为-1000，致密骨为+1000。

由于人眼能够分辨的图像位深也是有限的，因此需要将数据映射到8bit才能在常规的8bit显示器上正常显示。医学图像中常见的“骨窗”、“软组织窗”等概念，就是将CT图像中具体的某个窗宽窗位值映射到8bit来显示。

2. 映射

由于整幅CT图像中所包含的信息可能过多，当需要观察某种部位时，可以调节窗宽窗位来显示局部细节。以WW=200, WL=100为例，则该窗宽窗位表示的CT值范围为：$(WL-\frac{WW}{2},WL+\frac{WW}{2})$即(0,200)。所以需要将(0,200)映射到(0,255)范围内以供显示器显示。

这是一个线性映射，可简单的用一个一元二次方程y=ax+b来进行计算。假设我们将CT值（窗宽w，窗位l）映射到(0,255)范围内，则方程系数a和b可由下式给出：

$$\{\begin{array}{l}a=\frac{255+1}{w}\times slope=\frac{256}{w}\times slope\\ b=\frac{255+1}{2}-\frac{(255+1)\times l}{w}+a\times intercept=128-\frac{256\times l}{w}+a\times intercept\end{array}$$

其中，intercept对应dicom tag [0028,1052]，表示斜率；slope对应dicom tag [0028,1053]，表示截距。默认情况下intercept=0，slope=1。

对于截距和斜率的直观理解，可以参考网上的一个说明：

因为CT生成的图像值范围是-1024~+32768，不适合存储在DICOM文件中，DICOM文件的CT图像常用12位存储，最多能存储4096，为了将CT能表示的值存入DICOM文件中，利用斜率和截距进行线性变换。

3. 常见的人体组织CT值（HU）

（数据来源于网络）

组织	CT值	组织	CT值
骨组织	>400	肝脏	50～70
钙值	80～300	脾脏	35～60
血块	64～84	胰腺	30～55
脑白质	25～34	肾脏	25～50
脑灰质	28～44	肌肉	40～55
脑脊液	3～8	胆囊	10～30
血液	13～32	甲状腺	50～90
血浆	3～14	脂肪	-20～-100
渗出液	>15	水	0

4. 示例

WW=250，WL=50（CT中默认）

WW=1000，WL=500（骨窗）

WW=-700，WL=600（空气窗）

5. 核磁图像（MR）

在磁共振图像中，所有像素点的数值，对应的是接收到的回波信号的强度。而且在磁共振上，不同组织在不同的成像序列中，信号的强度可以完全相反。例如，在T1图像上，脑脊液是黑的，而在T2图像上，脑脊液又是最亮的。

由于磁共振扫描过程中，每个病人的扫描条件（体重、高矮胖瘦、不同组织的比例、呼吸频率等）都有细微的差别，每台机器对信号的处理效果，不同线圈的信号强度都很不一样，所以每次扫描的时候，都需要进行预扫描，以找到最适合当前病人的射频量，梯度强度，回波时间等。所以磁共振图像的信号绝对值，不像CT图像那样，有明确的物理意义。磁共振更关心的是不同组织之间信号的强弱对比关系。

参考

[1] https://baike.baidu.com/item/%E7%AA%97%E5%AE%BD
[2] http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f974b180102xgpm.html
[3] http://www.uscube.com/news_show.asp?id=89
[4] https://blog.csdn.net/impress1234/article/details/89957012
[5] http://www.xjishu.com/zhuanli/55/201710820652.html