医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景：VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。 目的：介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。 方法：基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C++ 6.0 IDE开发工具,使用C++语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。 结果与结论：基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

Visualization Toolkit软件在医学图像三维可视化中的应用

医学图像的可视化已成为基础医学研究和临床辅助诊断、治疗的重要手段,用计算机构建高度精密的人体各部位的三维模型已成为目前医学研究和疾病诊疗方法进一步发展的重要基础。Visualization Toolkit(VTK)作为一款流行的科学可视化软件,具有方便、高效的编程特点。采用VTK结合VC++实现医学图像三维可视化,分别采用Contour-connecting算法、Marching Cubes算法和Ray-casting算法进行了头部的三维绘制。结果证明VTK使用灵活,功能强大,具有重建步骤简单、速度快、交互能力强等优点,可以被广泛应用于医学图像的三维重建中。     

基于VTK和ITK环境的超声图像三维重建

背景：医学图像的三维模型，能够准确的三维结构在临床诊断上凸显重要性。 目的：对连续多帧的超声图像进行三维结构重建。 方法：利用可视化工具VTK和图像的配准分割工具ITK，在VC++的平台下，采取直接体绘制的方法，对连续多帧的DICOM医学超声图像进行了三维重建，并且用户可以利用鼠标与图片进行交互，实现任意角度的旋转。 结果与结论：合成体绘制在重建中的效果较优，相对而言更适合超声图像的三维重建。     

基于ITK和VTK方法的超声血管图像三维重建

摘要：医学图像三维重建是利用二维图像序列重建出三维模型，提供直观的视觉信息，供医务工作者参考。大多数重建都是利用CT图像序列进行重建，对超声图像的重建研究很少。文章首先介绍ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit)和VTK(The Visualization Toolkit)，接着利用ITK和VTK进行了超声图像的三维重建，最后给出了实验结果，重建结果表明，利用ITK、VTK和改进的Herman插值法，超声血管图像可以获得很好的重建效果。     

医学图像三维重建系统的关键技术研究与设计

背景：医学影像三维可视化技术将二维断层图像转化为三维图像,有利于提高医疗规划的准确性,是当今医学领域研究的热点,在诊断医学、手术规划、模拟仿真等领域都有重要的应用。 目的：利用二维医学图像序列重建出三维模型的关键技术,对可视化系统进行总体设计。 方法：首先研究现有三维重建技术,包括预处理技术,图像分割和配准可视化算法。其次给出了系统体系结构设计图,各模块中应用到各种三维重建关键技术。 结果与结论：根据现有关键技术的研究,选用OpenGL作为可视化开发工具,设计了一种基于PC机的三维医学图像可视化系统。 关键词：三维可视化;医学图像;OpenGL;关键技术;设计     

基于VTK磁共振波谱多体素空间位置的配准

本文利用可视化开发工具包VTK,实现了磁共振波谱多体素和二维医学图像的三维重建,得到多体素、多体素中单个体素和图像在空间的相对位置。对MRS多体素(也称化学位移成像CSI)的空间位置配准可以使医生更精确定位大脑中的病变组织,实施更细致的诊断和治疗计划。     

基于linux平台的医学影像软件系统设计与应用**

背景：随着VTK和ITK两个软件开发包的研制成功,医学影像领域内的研究人员越来越重视本领域内的软件开发问题。 目的：开发一种结合VTK和ITK的医学影像软件系统。 方法：首先对可视化软件包和图像处理包整合,进而基于整合框架对体数据进行处理、同步可视化和测量分析,最后结合病历信息与医学影像分析数据建立管理系统,在linux平台上对该软件系统进行了实现,利用上气道CT体数据对系统进行了测试。 结果与结论：该系统能够结合VTK和ITK对体数据进行可视化和图像处理,基于MySQL数据库对病历信息和医学影像数据进行合理管理,体积、长度等测量精度都在1%之内。     

基于ITK、VTK和MFC的DICOM图像读写及显示

背景：DICOM文件不仅包含了图像本身的信息,同时在文件头中还携带了大量的医疗相关信息,这使得DICOM标准图像的正确读写和显示工作变得尤为重要。 目的：有效地综合利用工具包和开发平台的优点,借以达到一个实现DICOM标准图像的正确读写和显示。 方法：首先将ITK工具包、VTK工具包与MFC深度集成,然后在该集成环境下利用这两个工具包所提供的类和函数读写和显示DICOM文件。 结果与结论：在ITK、VTK与MFC深度集成环境下,通过其所提供给用户的一个灵活、友好、实用的交互界面,采用文中所述具体的方法实现了DICOM图像文件的正确读写及显示,为三者集成环境下的软件开发做了一个初步的尝试,为在此基础之上三者在医学图像处理方面更多功能的实现打下良好的基础。     

基于分水岭算法的交互式三维分割方法*

背景：在临床中准确对人体组织进行三维分割能提高临床诊断的准确性,但传统的分水岭算法存在过度分割问题,难以实现人体组织的三维分割。 目的：为准确三维分割人体组织,减少图像中伪极小值点对图像分割的影响,提出了一种基于控制标记符分水岭的交互式三维分割方法。 方法：提取CT序列图像的内部和外部标记符,以此修正梯度图像并进行分割;在此基础上,根据序列图像上下层的相似性,利用人机交互进行组织结构的三维分割。首先在第一张序列图像上手工选取感兴趣区域上的一个点,借助同一组织在连续CT序列图像上面积的重叠关系即可从三维序列图上提取出感兴趣区域。 结果与结论：基于控制标记符的分水岭算法解决了直接应用梯度图像进行分割的过度分割问题,便于进一步分割图像。利用基于分水岭算法的交互式三维分割方法得到的三维分割结果经过三维可视化后可清晰、准确地反映组织的三维特征。     

标准立体定向空间构建人脑苍白球内侧部数字化解剖图谱

目的 在标准立体定向空间应用《中国数字化可视化人体图谱》男性尸脑切片构建豆状核亚结构—苍白球内侧部(Gpi)数字化图谱. 方法 对数字化可视化人体图谱尸脑切片解剖学图像进行Gpi及前连合、后连合的识别与分割等处理,并应用软件对处理后的Gpi进行三维重建,并建立立体定向坐标系. 结果 三维重建的Gpi为近似蚕豆状的灰质团块,同时构建了壳核及苍白球外侧部(Gpe),图谱能够清晰的显示三者在立体定向空间的位置关系.三维可视化的效果为豆状核可以在立体定向空间任意角度的旋转、缩放. 结论 利用超薄尸脑解剖图像可以在标准立体定向空间成功对颅内神经结构亚核团进行三维重建.     

基于CT三维重建个体化股骨假体的计算机辅助设计

背景：由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配。计算机辅助设计和制造个体化假体克服了其他假体的缺点,可有效地延长人工关节的使用寿命和使用质量,并可能解决人工关节的翻修问题。国内的研究尚处于起步阶段。 目的：基于CT图像的三维重建,探求个体化股骨假体计算机辅助设计在提高假体与病变骨骼匹配度中的作用。 方法：CT扫描对象为1例健康男性志愿者,排除髋关节疾患。采用GE Speed Light 16排螺旋CT对股骨中上段进行层厚3 mm扫描,得到CT数据的二维图像,利用自主开发的数据格式转换软件将CT图像转换为bmp格式。对位图编辑预处理,用Mimics8.1软件进行矢量化处理,提取股骨内外轮廓。然后输入Mimics8.1和Rapidform2004三维反求工程软件中,生成股骨内外轮廓的特征曲线,重建股骨三维模型。将股骨髓腔的特征轮廓曲线dxf文件输入计算机辅助设计建模软件Solidworks2004中,以此股骨髓腔轮廓为基础,完成个体化股骨假体的设计。 结果与结论：利用自主开发的数据格式转换软件,实现了CT图像信息的矢量转换。以CT二维图像为依据,进行三维反求,可获得精确的股骨内外轮廓三维实体模型。采用反求工程与正向计算机辅助设计相结合,可设计出匹配良好的个体化股骨假体。提示反求工程和计算机辅助设计技术为个体化假体的研制提供了一个有效可行的途径,解决假体与病变骨骼的良好匹配,可防止假体松动,提高其长期稳定性。     

StimVision v2: Examples and Applications in Subthalamic Deep Brain Stimulation for Parkinson’s Disease

ObjectiveSubthalamic deep brain stimulation (DBS) is an established therapy for Parkinson’s disease. Connectomic DBS modeling is a burgeoning subfield of research aimed at characterizing the axonal connections activated by DBS. This article describes our approach and methods for evolving the StimVision software platform to meet the technical demands of connectomic DBS modeling in the subthalamic region.Materials and MethodsStimVision v2 was developed with Visualization Toolkit (VTK) libraries and integrates four major components: 1) medical image visualization, 2) axonal pathway visualization, 3) electrode positioning, and 4) stimulation calculation.ResultsStimVision v2 implemented two key technological advances for connectomic DBS analyses in the subthalamic region. First was the application of anatomical axonal pathway models to patient-specific DBS models. Second was the application of a novel driving-force method to estimate the response of those axonal pathways to DBS. Example simulations with directional DBS electrodes and clinically defined therapeutic DBS settings are presented to demonstrate the general outputs of StimVision v2 models.ConclusionsStimVision v2 provides the opportunity to evaluate patient-specific axonal pathway activation from subthalamic DBS using anatomically detailed pathway models and electrically detailed electric field distributions with interactive adjustment of the DBS electrode position and stimulation parameter settings.     

The hypersensitivity to colonic distension of IBS patients can be transferred to rats through their fecal microbiota

Background

Alterations of intestinal microbiota and hypersensitivity to colonic distension are two features of the irritable bowel syndrome (IBS). However, the role of intestinal microbiota in visceral hypersensitivity of IBS patients is far to be established. The aim of our study was to determine whether the intestinal microbiota is involved in the visceral hypersensitivity in IBS.

Methods

The painful response to colorectal distension and colonic mucosal parameters were assessed in gnotobiotic rats. Germfree (GF) rats were inoculated with the fecal microbiota from IBS patients characterized by hypersensitivity to colorectal distension (IBS HMA rats) or from non‐hypersensitive healthy volunteers (Healthy HMA rats). Conventional rats were studied as normosensitivity control. Fecal microbial analyses were carried out in human and HMA rats fecal samples using cultural and molecular approaches.

Key Results

The microbial dysbiosis of the IBS gut microbiota (more sulfate‐reducing bacteria and Enterobacteriaceae and less bifidobacteria) could be maintained in gnotobiotic rats. The number of abdominal contractions in response to colorectal distensions was significantly higher in IBS HMA rats than in healthy HMA rats. No difference was observed between healthy HMA and conventional rats. Colorectal compliance, epithelial paracellular permeability, and density of colonic mucosal mast cells were similar in the three groups of rats.

Conclusions & Inferences

We herein showed that sensitivity to colonic distension of IBS patients can be transferred to rats by the fecal microbiota. Mucosal alterations associated with microbiota transfer are not involved in this hypersensitivity. The altered IBS microbiota may have important role in the hypersensitivity characterizing IBS patients through specific bacterial metabolites.     

计算机辅助医学图像三维重建的算法分析

背景：基于三维重建的医学图像可视化技术具有广阔的应用前景，是目前研究的热点内容。 目的：为医学图像三维重建时算法的选择提供帮助。 方法：分析面绘制重置方法和体绘制重置方法的实现原理、实现复杂度、实时显示情况等方面。 结果与结论：在对重建方法分析的基础上，总结出面绘制和体绘制两种方法各自的优势和弱点，分析在不同情况下如何进行算法的选择。