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。     

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、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。     

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。     

人体皮肤微血管构筑的三维可视化*

背景：常用的血管解剖学研究方法如逐层解剖、血管染色、造影摄片可以确定血管的位置、大至供血范围等,但难以显示皮肤微血管立体构筑。 目的：建立三维的皮肤微血管构筑模型,以评估和设计穿支皮瓣。 方法：选取2具新鲜成人尸体标本,以羧甲基纤维素明胶氧化铅灌注标识血管,CT扫描获取标本灌注前后及剥离皮肤序列图像数据,利用Mimics13.1软件进行皮肤微血管三维重建和穿支皮瓣设计。 结果与结论：实验成功重建了骨骼、血管、皮肤三维数字模型,并选择性设计了旋股外侧动脉皮瓣和旋肱后动脉的主要穿支皮瓣。构建的皮肤微血管模型不仅可显示皮穿支的长度管径、立体位置、走行方向、分布范围、毗邻关系,还可追踪其来源血管,与来源血管、骨骼、皮肤等搭配显示。说明皮肤微血管构筑可揭示穿支皮瓣的范围和扩张方向,有利于穿支皮瓣的设计发掘、血供评估。     

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。     

应用三维刚体变换方程的PET与MRI坐标转换方法初步探讨

目的在PC机上实现量化的PET图像坐标数据,并以此为基础引导伽玛刀治疗定位。方法对数字化的PET图像和MRI图像进行人工识别,通过确定变换比例,测量旋转角度和推算质心位移,得到坐标变换参数。结果基于三维刚体变换公式,得到一套PET与MR相应点位置坐标转换方法。结论PET图像在伽玛刀治疗定位方面是局限的;本方法基本达到伽玛刀定位精度要求,可为伽玛刀治疗功能性疾病提供一种可行的、量化的PET引导伽玛刀治疗定位的方法。     

周围神经功能束三维可视化中二维图像配准完整定位标志点的获取

目的 探讨周围神经功能束三维可视化重建中用于配准神经断面二维图像的定位标志点获取的关键技术。方法 ① 取自愿捐献新鲜成人截肢坐骨神经标本,以4根成年女性头发作为标志线,横断面连续冰冻切片100张,片厚10祄,分A～D组分别以普通玻片及防脱多聚赖氨酸涂层硅化玻片贴片及AchE和HE染色, OLYMPUS-Z61型数码全景成像仪一次性获取全景图像,观察比较不同玻片及不同染色方法下头发标志线的贴片情况; ②新鲜成人尸体上臂尺神经标本切片,于AChE 染色前、后二次成像获取同一切片的两张全景图像,通过Photoshop CS2图层叠加进行图像处理,获取含4个完整定位标志点的神经断面二维全景图像。结果 ①在染色后各组人发标志点脱失均较严重,各组间人发贴片数量级差异无显著意义(P＞0.05),100张图像的人发完整贴片率为1%,总体粘附率为22.50%;染色前图像完整贴片率达98.00%,总体粘附率为99.50%,不同曝光情况处理及染色前封片处理均显示标志点定位清晰。染色前后人发标志点数量有显著性差异(P＜0.01) ②利用二次成像Photoshop处理同一张切片染色前后的图像,图像轮廓吻合度良好,合成图像获得的标志点定位精确,操作简单快捷。结论 人发作为周围神经超薄冰冻组织切片标志点染色后完整贴片率很低,不同的染色方法和不同粘附性能的玻片对人发染色后的贴片率影响没有明显差别;染色前人发标志点完整贴片率很高,利用二次成像技术和Photoshop图层处理技术可获取完整定位标志点用于配准。     

腰椎间盘膨出节段数字模型及三维可视

背景：从生物力学入手研究腰椎间盘膨出意义重大。 目的：探讨构建腰椎间盘膨出节段数字模型及三维可视化研究方法。 方法：基于L3~4的16排螺旋CT连续断层114层二维图像,Mimics软件分别对腰椎骨性结构及各种软组织进行重建,并导入有限元分析软件进行模型验证。 结果与结论：建立了L3~4间盘膨出节段三维数字模型,包括两个椎体、终板、纤维环、髓核及6种韧带,数字模型外形逼真,实体感强,可进行三维测量、复位、手术模拟以及输出用作CAD(计算机辅助设计),RP(快速成型)及FEA(有限元分析)研究。说明薄层CT,Mimics 软件阈值分割、区域增长使数字模型的建立更为精确、快捷,数字模型可被输出用于进一步研究。     

可视化上颌骨与牙列三维模型的建立

基于美国可视人计划切片图像数据集建立三维模型。图像分割主要在Adobe Photoshop环境下半自动实现，三维模型的构建和修正采用Mercury公司的Amira软件实现骨模型。建立了上颌骨、上牙列精细的三维模型，此模型可精确的显示眶下孔、眶下沟、神经管；且每颗牙齿独立建模，并能严密地与上颌骨的牙槽配合。结果提示重建后的上颌骨与牙列模型三维效果逼真，立体感强，准确地显示了上颌骨、牙列及精细结构，为教学、科研及虚拟手术等提供了准确逼真的模型。     

翼腭窝三维可视模型的建立及内镜下解剖结构分析*☆

背景：正确理解翼腭窝解剖是翼腭窝手术的关键,翼腭窝可视模型对帮助医生详细了解内镜下翼腭窝的复杂结构非常重要。 目的：建立翼腭窝三维可视模型显示内镜下翼腭窝的相关解剖结构,为翼腭窝手术入路提供指导。 方法：依据一位患者冠状位CT血管成像数据,通过MOI自由设计大师和SketchUp软件构建三维数字模型,进行手术计划,模拟经鼻内镜入路,开放上颌窦口,去除上颌窦后壁,进入翼腭窝,提供特定视野及空间方向观察。 结果与结论：成功构建翼腭窝及相邻解剖结构的可视模型,为鼻内镜手术入路提供帮助,使用者可与模型进行交互作用并可任意操作模型(包括射线模式,内部观察),可在特定视野内随时观察,为手术计划提供准确的形态信息,包括颌内动脉及其分支,腭降动脉,蝶腭动脉,后鼻动脉,圆孔,翼管,蝶窦,眶下裂,视神经管,翼突,颈内动脉等。可见内镜下空间方向发生改变。结果提示,SketchUp和MOI 构建翼腭窝模型方法简单可行, 可帮助理解内镜下翼腭窝的解剖结构,可模拟手术过程。     

Utility of multi-material three-dimensional print model in preoperative simulation for glioma surgery

Although the three-dimensional (3D) printing technology has spread in the field of neurosurgery, the use of 3D print models concerning glioma surgery has rarely reported. For glioma surgery, some preoperative and intraoperative assistive methods have been developed to avoid injury to the cortex and fiber that are related to the neurological function. Furthermore, in order to perform preoperative simulation of glioma surgery, we created a 3D print model using a multi-material 3D printer that provided the flexibility of adjusting the color, hardness, and translucency of each structure arbitrarily. The use of 3D print model was demonstrated in one case involving an intramedullary tumor in the right temporal lobe. The tumor, optic radiation, brain parenchyma, tentorium, ventricle, and sinus were constructed in a single model in one printing process. Design of the degree of resection, insertion of the fence-post, and tumor resection paying attention to the optic radiation were simulated preoperatively using this model. The surgery was performed generally as the simulation and gross total removal of the tumor was achieved. This model was useful for understanding the degree of resection, adequate insertion of the fence-post, and the relationship of the tumor with other important structures. A variety of printing materials contributed to make the model realistic and to understand anatomical relationship. In conclusion, the 3D print model can supplement an image of some portions that are not visible perioperatively and serve as a preoperative assistant modality.     

螺旋CT资料建立颅面三维模型

背景：三维螺旋CT可以在胶片或计算机屏幕上展示多角度的立体图像,但复杂的三维解剖形态很难在二维的胶片或计算机屏幕上直观显示,颅颌面外科的手术模拟和方案设计往往更需要三维实体模型。 目的：用螺旋CT数据资料建立颅面三维模型,探讨该模型在颅颌面外科领域的应用。 方法：患者行螺旋CT扫描,层厚2 mm,螺距1.0 mm,利用工作站,进行扫描图像的容积三维重建后,重新间隔分层,利用CuteFTP 4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图象处理软件对已下载的二维图象进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理,对图像的边缘轮廓进行提取,得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图,将该线图数据输入Surfacer 9.0重建软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,从而得到面颅骨的三维三角形面片线框模型及实体模型。进一步在该模型上按镜像关系重构衬垫物的三维模型。 结果与结论：实验得到了颅面骨骼表面轮廓的三维实体模型,并在其上进行了整形手术的计算机辅助设计,通过快速成型技术加工出衬垫物模板。用螺旋CT数据资料可以建立颅面三维模型,该模型在颅颌面畸形损伤肿瘤等的诊断和治疗中将发挥重要作用。