遠(yuǎn)程會診三維化——談支持遠(yuǎn)程會診的三維
PACS工作站設(shè)計與實現(xiàn)
本文作者介紹了一種采用雙向遠(yuǎn)程控制技術(shù)實現(xiàn)點對點方式遠(yuǎn)程會診的三維PACS工作站，使用該系統(tǒng)，會診雙方可以在有限帶寬下實時交互操作高分辨率和大容量醫(yī)學(xué)圖像。
傳統(tǒng)的二維圖像技術(shù)缺乏直觀的三維效果，在遠(yuǎn)程會診中，醫(yī)生需要根據(jù)經(jīng)驗由多幅圖像估計病灶的形狀、大小以及和周圍組織的關(guān)系。隨著設(shè)備的發(fā)展，一次掃描產(chǎn)生幾百幅上千幅圖像，這也對傳統(tǒng)的二維顯示工作站提出了挑戰(zhàn)。而三維PACS工作站可以無創(chuàng)傷地提供傳統(tǒng)方法無法獲得的解剖信息。遠(yuǎn)程會診和遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)也有三維實時交互的需求，這里就介紹一種在原有的二維會診系統(tǒng)基礎(chǔ)上，使用開源工具包VTK，開發(fā)支持遠(yuǎn)程會診的三維PACS工作站的方法。
基于VTK的三維PACS工作站
VTK的全稱是Visualization Toolkit，是一套開源的、免費(fèi)的三維圖形學(xué)、圖像處理和可視化開發(fā)工具包。VTK功能非常強(qiáng)大，提供了醫(yī)學(xué)影像處理與分析所需要的三維可視化技術(shù)，支持跨平臺開發(fā)。為了簡化接口，提高代碼的可重用性，可維護(hù)性以及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，我們采用了狀態(tài)模式。狀態(tài)模式允許對象在內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時，改變自身的行為。
面繪制
解碼程序解析DICOM格式的圖像，得到像素信息，經(jīng)過VTK中的vtkImageImport類進(jìn)入VTK流水線，vtkMarchingCubes類提取出等值面的三角面片，vtkPolyDataMapper將三角面片映射到圖形庫。
體繪制
體繪制不產(chǎn)生中間數(shù)據(jù)，直接合成最終圖像。VTK支持光線投射體繪制（Ray Casting）和Shear-warp體繪制。雖然Shear-warp算法是目前軟件體繪制方法中速度最快的，但預(yù)處理階段需要在生成三個游程編碼數(shù)據(jù)，而且當(dāng)改變轉(zhuǎn)移函數(shù)的時候，需要重新對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，我們選用了光線投射算法。光線投射算法生成的圖像的質(zhì)量較其他方法好。DICOM圖像經(jīng)過vtkImage-Import類進(jìn)入流水線，vtk-VolumeRayCastMapper類接受
規(guī)則數(shù)據(jù)作為輸入，根據(jù)顏色和不透明度曲線，以及可選的梯度調(diào)制函數(shù)，合成出圖像。
最大亮度投影
最大亮度投影方法廣泛應(yīng)用于MR圖像中，用來產(chǎn)生類似MR血管造影的效果。最大亮度投影可以看作是一種簡化的光線投射體繪制算法，不同于沿光線方向累積顏色值，而是直接取光線方向的最大亮度值作為最終像素亮度。
多平面重組
CT科醫(yī)生經(jīng)常使用多平面重組法（MPR）快速找到感興趣的組織區(qū)域。我們實現(xiàn)了常規(guī)MPR和自由模式MPR。常規(guī)MPR提供冠狀面、矢狀面、橫軸面以及與這三個平面的法線平行的切面的圖像。自由模式的MPR則可以提供任意切面的圖像。切面圖像作為紋理映射到空間的一個平面。
圖1三維PACS工作站實例面繪制（左上兩圖），體繪制（左下），最大亮度投影（左圖右下），多平面重組（右圖）。最大亮度投影采用MR圖像，其余采用CT圖像。
遠(yuǎn)程會診系統(tǒng)設(shè)計
遠(yuǎn)程會診的請求方和專家方之間交換三種信息: 圖像從請求方發(fā)送到專家方; 使請求方和專家方對圖像的操作同步; 請求方與專家方進(jìn)行語音交互。圖像發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較大，但是通�？梢栽跁\開始前完成。對圖像的操作，如平移、縮放以及三維旋轉(zhuǎn)操作等事件信息，必須實時交換，以保證雙方的同步。由于事件消息很短，常規(guī)電話線帶寬就可以支持實時交換這些信息。語音交流可以通過另一根電話線完成。
請求方通過DICOM服務(wù)從PACS或者掃描設(shè)備獲取圖像并存入本地數(shù)據(jù)庫，這些圖像通過DICOM服務(wù)發(fā)送到專家方。會診開始后，應(yīng)用程序操作這些圖像，這將產(chǎn)生二維和三維交互事件，會診雙方采用TCP/UDP協(xié)議交換這些消息進(jìn)行同步。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
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