三維ＣＴ數(shù)據(jù)任意切片的交互式獲取技術

摘要：基于VTK開發(fā)包提出了一種交互式獲取三維CT數(shù)據(jù)任意切片的方法。首先由CT圖像序列構造出三維體數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)了體數(shù)據(jù)切片的顯示，然后利用VTK的交互功能實現(xiàn)體數(shù)據(jù)任意切片信息的獲取和顯示。結果表明該方法有助于醫(yī)生從不同截面對同一組織進行觀察和診治。

關鍵詞：三維CT數(shù)據(jù)；切片；交互式控制；VTK

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)23-1012-02

A Method of Interactively Obtaining Arbitrary CT Slice

FENG Wei-qian，HUANG Zhan-peng，HUANG Mao-sheng

(College of Medical Information Engineering， GuangDong Pharmaceutical University， Guangzhou 510006， China)

Abstract: A method that interactively obtains arbitrary CT slice based on VTK environment is presented. Firstly 3D volume-data is constructed from series of CT slices and CT slices is visualized. Then arbitrary slice of the volume-data is interactively obtained and rendered by using VTK. Experiments show that the interactively obtained slice of same tissue can assist the doctor to observe and diagnose.

Key words: 3D CT data; slice; interactive control; the visualization toolkit

1 引言

隨著醫(yī)學影像技術的發(fā)展，如CT和MRI等設備的研制成功并投入使用，給疾病的檢查與診斷帶來了革命性的變革，這些成像系統(tǒng)為醫(yī)生提供了豐富的組織、器官的斷層圖像信息，幫助醫(yī)生更加迅速、準確的診斷疾病。然而現(xiàn)在醫(yī)生只能根據(jù)橫斷面進行觀察，如何利用三維醫(yī)學設備獲取的信息，能夠交互式地根據(jù)需要查看任意方位的切片信息，以更好地輔助醫(yī)生的診斷，提高診斷的準確性[1]。本文基于VTK三維可視化開發(fā)包實現(xiàn)了三維CT數(shù)據(jù)的任意切片信息的獲取技術。

2 VTK中三維物體的顯示與切割

本文利用強大的三維可視化工具VTK實現(xiàn)三維醫(yī)學CT數(shù)據(jù)的讀取和顯示，然后設計基于鼠標的交互式工具，用戶可以根據(jù)需要用鼠標調節(jié)截面的位置，獲取CT數(shù)據(jù)中任意切片的圖片信息，并將結果顯示出來。

2.1 三維可視化工具VTK

VTK(Visualization ToolKit)是一個用于計算機三維圖形，可視化和圖像處理的軟件系統(tǒng)[2]。Visualization ToolKit是在面向對象原理的基礎上設計和實現(xiàn)的，它的內核是用C++構建的，提供了300 多個類，還包含有幾個轉換界面，因此也可以自由的通過Java，Tcl/Tk和Python各種語言使用

Visualization ToolKit。 Visualization ToolKit 在實現(xiàn)上是比OpenGL 更高層次的抽象，這意味著它能夠更方便的進行可視化工作。Visualization Toolkit 是給從事可視化應用程序開發(fā)工作的研究人員提供直接的技術支持的一個強大的可視化開發(fā)工具，其基本的繪制流程如圖1所示。

2.2 任意切片平面的獲取

切片P沿法向量n的方向在三維體內平移距離d到切片Q的位置。切片上相應點C1(C1x，C1y，C1z)與C2(C2x，C2y，C2z)坐標滿足如下關系：

切片P、Q經過同一點C(Cx，Cy，Cz)，射線L過點C且平行于Z軸正方向，切片P在三維體內沿L順時針旋轉一個角度0到切片Q的位置，則兩切片法向量n1( n1x，n1y ，n1z)和 n2 (n2x，n2y， n2z)滿足如下關系：

若將切片P沿過點C且平行于其它坐標軸正方向的射線旋轉，只需改變矩陣T、R(0)即可得到新位置處切片的法向量[3]。通過對三維體中某個已獲取切片的交互操作(如平移、旋轉或二者結合等)，由式(2)、(3)我們可得到新位置處切片經過的點坐標或者法向量，再根據(jù)點法式可得到相應的切片方程，運用圖2所示的模型進行重繪，可獲得三維體內其它方位的切片。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文利用VC 6.0開發(fā)工具結合VTK軟件開發(fā)包實現(xiàn)任意切片的獲取。

3.1 開發(fā)環(huán)境的設置

1）選擇Tools－>Options－>Directories，選擇Show Dirctories for 的Include files，添加vtk安裝目錄中的Include文件夾，就是.h后綴的文件。2）選擇Tools－>Options－>Directories，選擇Show Dirctories for 的Libraries files，添加vtk安裝目錄中的Lib文件夾和bin文件夾。3）打開 c:\\vtk\\bin\\bin\\debug 個文件夾選擇其中所有的DLL 后綴的文件全部復制到c:\\windows\\system 下。

3.2 主要程序實現(xiàn)代碼

//讀取三維的CT數(shù)據(jù)，設置數(shù)據(jù)所在的路徑及數(shù)據(jù)的長、寬和高

vtkVolume16Reader* volumeData;

volumeData ->SetFilePrefix(\"headsq/quarter\");

volumeData ->SetDataDimensions(64， 64);

volumeData ->SetImageRange(1， 93);

//顯示三維交互式工具，設定其交互式場景、插值方式、源數(shù)據(jù)集和切片的初始位置

vtkImagePlaneWidget* planeWidgetX;

planeWidgetX->SetInteractor(iren);

planeWidgetX->SetResliceInterpolateToNearestNeighbour();

planeWidgetX->SetInput(v16->GetOutput());

planeWidgetX->SetPlaneOrientationToXAxes();

//將獲取的CT圖片信息根據(jù)查找表的內容轉換成圖片

vtkImageMapToColors* colorMap;

colorMap->SetInput((vtkDataObject*)planeWidgetX->GetResliceOutput());

//設定圖片的查找表，可以根據(jù)需要有選擇的顯示某部分的信息

colorMap->SetLookupTable(lookupTable);

colorMap->SetActiveComponent(0);

colorMap->SetOutputFormatToLuminance();

//將獲取的切片進行顯示

vtkImageActor* imageActor;

imageActor->SetInput(colorMap->GetOutput());

顯示效果如圖3所示。圖3(a)為程序的運行界面，鼠標右鍵實現(xiàn)窗位和窗寬的控制，按住鼠標右鍵向下和向右移動鼠標分布提高了下界和上界的值，可以根據(jù)需要選擇感興趣的數(shù)據(jù)范圍。通過點按鼠標左鍵旋轉體數(shù)據(jù)中的切割面，可以實現(xiàn)交互式地獲取任意切片的數(shù)據(jù)，圖3(b)和圖3 (c)分別是橫截面和 矢狀面，而圖3(d)是交互式選擇任意切片的效果圖片。

4 結束語

VTK是一個用于可視化應用程序構造與運行的支撐環(huán)境，它是在三維函數(shù)庫OpenGL的基礎上采用面向對象的設計方法發(fā)展起來的。它將我們在可視化開發(fā)過程中會經常遇到的細節(jié)屏蔽起來并將一些常用的算法封裝起來，以類的形式給以支持，可以高效的建立起各種的可視化流程。基于VTK強大的開發(fā)包設計出可以獲取任意切片的系統(tǒng)，能夠改變當前只依據(jù)橫截面進行診斷的現(xiàn)狀，從各個方位進行查看，能夠有效地提高診斷的準確率。

參考文獻：

[1] 管偉光.體視化技術及其應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[2] Will S，Martin K，Lorensen B.The Visualization Toolkit-An Object—Oriented Approach To 3D Graphics[M].Kitware: Third Edition，2002.

[3] Hearn D，Pauline B.Computer Graphics(C VERSION，SECOND EDITION)[M].Prentice Hall，1998:409-422.