内部からのDICOMビューア。 機能性

こんにちは、habrasociety。 DICOM Viewerの実装の側面について引き続き検討したいと思いますが、今日は機能に焦点を当てます。









行きましょう。

2Dツールキット

多平面再構成（MPR）

多平面再構成により、元の平面からアキシャル、正面、矢状または任意の平面に画像を作成できます。 MPRを構築するには、3Dボリューメトリックモデルを構築し、目的の平面で「カット」する必要があります。 原則として、CTの場合、すべての平面で同じ解像度の3Dモデルを作成できるため、コンピューター断層撮影（CT）で最高のMPR品質が得られます。 したがって、出力MPRは、CTから取得した元の画像と同じ解像度で取得されます。 良い解像度のMRIがありますが。 多平面再構成の例を次に示します。









緑-軸平面（左上）;

赤-前頭面（右上）;

青-矢状面（左下）;

黄色-任意の平面（右下）。



右下の画像の位置は、側面図の黄色の線（左上）によって決まります。 これは、3Dモデルを傾斜面で「カット」することで得られた画像です。 平面内の特定のポイントで密度値を取得するには、トライリニア補間が使用されます。

任意曲線の多平面再構成（曲線MPR）

MPRと同じですが、図に示すように、任意の平面の代わりに曲線を作成できます。 たとえば、歯のパノラマ写真の歯科で使用されます。



曲線上の各点は初期トレース点を定義し、この点での曲線の法線はこの点の2次元画像のY軸の方向に対応します。 画像のX軸は、曲線自体に対応しています。 つまり、2次元画像の各点で、X軸の方向は、曲線上の対応する点での曲線の接線です。

最小/中/最大強度投影（MIP）

最小強度の値は、軟部組織を示しています。 最大強度の値は3次元オブジェクトの最も明るい領域に対応しますが、これらは最も密度の高い組織または造影剤で飽和した器官のいずれかです。 強度の最小値/平均値/最大値は、範囲内で取得されます（図に破線で示すように）。 モデル全体の最小値には空気が必要です。



MIP計算アルゴリズムは非常に単純です。3Dモデルで平面を選択します-XY平面があります。 次に、Z軸に沿って移動し、指定された範囲の最大強度値を選択して、2D平面に表示します。









中程度の強度の投影によって得られる画像は、従来のX線に近いです。









ある種の放射線学的研究は、特定の種類の組織や臓器を反映していないため、造影剤を使用しないと望ましい効果が得られません。 これは、人体には密度がほぼ同じ組織があるためです。 そのような組織を相互に区別するために、血液により大きな強度を与える造影剤が使用されます。 また、造影剤は血管造影中に血管を視覚化するために使用されます。

血管造影用のDSAモード

血管造影法は、さまざまな臓器の血流系（静脈および血管）を視覚化できる手法です。 このために、研究中の臓器に導入される造影剤と、造影剤の投与中に画像を作成するX線装置が使用されます。 したがって、装置の出力で、血流の視覚化の程度が異なる画像のセットが取得されます。









ただし、静脈や血管とともに、頭蓋骨などの他の臓器の組織が画像に表示されます。 DSA （デジタルサブトラクション血管造影）モードでは、他の組織なしで血流のみを視覚化できます。 どのように機能しますか？ 血流が造影剤でまだ視覚化されていない一連の画像を撮影します。 原則として、これはシリーズの最初の画像、いわゆるマスクです：









次に、この画像を一連の他のすべての画像から差し引きます。 次の画像が表示されます。









この画像では、血流がはっきりと見え、他の組織は実際には見えないため、より正確な診断が可能です。

3Dツールキット

クリッピングボックスツール

クリッピングボックスツールを使用すると、セクション内の骨や解剖学的組織を表示したり、内部から内臓を表示したりできます。 このツールはレンダーレベルで実装され、レイトレーシングの領域を制限します。









実装では、レイトレーシングの領域はカットオフに向けられた法線を持つ平面に制限されます。 つまり、立方体は6つの平面で表されます。

ボリューム編集ツールキット-ポリゴン切断

このツールは前のツールに似ており、任意のポリゴンの下にあるボリュームフラグメントを削除できます。









カットは、ポリゴンに落ちる3Dモデルのボクセルの消失として理解される必要があります。

接続の原則に従って3Dモデルの一部を削除できる「ハサミ」ツールもあります。 実装：オブジェクトを選択すると、近くにあるすべてのボクセルが表示されるまで、近くにあるボクセルの巡回検索が行われます。 その後、表示されているすべてのボクセルが削除されます。

3D定規

3Dでは、任意の角度で臓器を測定できますが、2Dでは場合によっては不可能です。









3Dモードでは、ポリゴンルーラーも使用できます。

4Dのツールキット

3Dでの複数の断層撮影シリーズの結合（Fusion PET-CT）

PET-CT（eng。PET-CT）は比較的新しい技術であり、核医学の研究方法です。 これは、マルチモーダルトモグラフィ法です。 この場合の4番目の次元は、モダリティ（PETおよびCT）です。 主に癌性腫瘍の検出を目的としています。



CTは、人体の解剖学的構造を取得するのに役立ちます。









また、PETは放射性物質の濃度の特定の領域を示します。これは、この領域への血液供給の強度に直接関連しています。









PETは、人体の放射性同位体を検出することにより、生化学的活動の写真を撮ります。 放射性物質は、血液で飽和した臓器に蓄積します。 その後、放射性物質は陽電子ベータ崩壊を受けます。 結果の陽電子は周囲の組織からの電子でさらに消滅し、その結果、ガンマ線のペアが放出され、デバイスによって検出され、受信した情報に基づいて3D画像が構築されます。



放射性同位体の選択により、研究プロセスで追跡する生物学的プロセスが決まります。 プロセスには、代謝、物質の輸送などがあります。プロセスの動作は、病気の正しい診断の鍵となります。 上の画像では、患者の肝臓領域に腫瘍が見えています。



しかし、PETに基づいて、身体のどの部分が放射性物質の最大濃度の領域であるかを理解することは困難です。 ボディジオメトリ（CT）と高濃度の放射性物質（PET）を含む血液で飽和した領域を組み合わせると、以下が得られます。









PETの放射性物質として、半減期の異なる放射性同位体が使用されます。 フッ素-18（フルオロデオキシグルコース）はあらゆる種類の悪性腫瘍の形成に使用され、ヨウ素124は甲状腺癌の診断に使用され、ガリウム68は神経内分泌腫瘍の検出に使用されます。



Functional Fusionは、両方のモダリティ（およびPETとCT）の画像を組み合わせた新しいシリーズを形成します。 実装では、両方のモダリティの画像が混合され、Z軸に沿って並べ替えられます（XとYが画像の軸であると仮定します）。 実際、シリーズの画像は交互に並んでいることがわかります（PET、CT、PET、CT ...）。 このシリーズは、後で2D融合と3D融合のレンダリングに使用されます。 2D融合の場合、画像はZの昇順でペア（PET-CT）でレンダリングされます。









この場合、CT画像が最初に描画され、次にPETが描画されました。



CUDAのビデオカードに3Dフュージョンが実装されています。 ビデオカードでは、3Dモデル（PETとCT）の両方が同時に描画され、実際のマルチモーダルフュージョンが得られます。 プロセッサ上でも、フュージョンは機能しますが、わずかに異なる方法で機能します。 実際、プロセッサでは、両方のモデルがメモリ内で個別のオクトツリーとして表されます。 したがって、レンダリング時には、2つのツリーをトレースし、透明なボクセルの通過を同期する必要があります。 そして、これは作業の速度を大幅に低下させます。 そのため、1つの3Dモデルのレンダリング結果を別のモデルの上に単純にオーバーレイすることが決定されました。

4D心臓CT

心臓CT技術は、冠状動脈性心臓病、肺塞栓症、その他の疾患を含むさまざまな心臓異常の診断に使用されます。



4D心臓CTは時間的に3Dです。 つまり ループと呼ばれる小さなビデオができます。ループでは、各フレームが3Dオブジェクトになります。 ソースデータは、すべてのシネマループのディコム画像のセットです。 画像のセットをシネループに変換するには、最初に元の画像をフレームにグループ化してから、フレームごとに3Dを作成する必要があります。 フレームレベルでの3Dオブジェクトの構築は、一連のdicom画像の場合と同じです。 Z軸上の画像位置を使用して、フレームごとにグループ化するために画像のヒューリスティックソートを使用します（XとYが画像軸であると仮定）。 フレームごとにグループ化すると、各フレームで同じ数の画像が得られると考えられます。 実際にフレームを切り替えると、3Dモデルが切り替わります。

5Dフュージョンペット-CardiacCT

5D融合ペット-CardiacCTは、PETとの融合を5番目の次元として追加した4D心臓CTです。 実装では、最初にCardiacCTとPETの2つのシネマループを作成します。 次に、フィルムループの対応するフレームを合成し、別のシリーズを作成します。 次に、結果のシリーズの3Dを構築します。 次のようになります。

仮想内視鏡検査

仮想内視鏡検査の例として、仮想内視鏡検査が最も一般的なタイプの仮想内視鏡検査であるため、仮想内視鏡検査を検討します。 仮想大腸内視鏡検査では、CTデータに基づいて腹部の体積再構成を構築し、この3次元再構成を使用して診断を下すことができます。 ビューアには、MPRナビゲーションを備えたフライスルーツールがあります。









また、解剖学的構造を自動的にたどることもできます。 特に、自動モードで腸管領域を表示できます。 これは次のようなものです。







カメラの飛行は、腸管領域での一連の連続した動きです。 各ステップについて、解剖学的構造の次の部分へのカメラの動きのベクトルが計算されます。 計算は、解剖学的構造の次の部分の透明なボクセルに基づいています。 実際、透明なものの中から特定の平均ボクセルが計算されます。 初期変位ベクトルは、カメラベクトルによって指定されます。 フライトカメラツールは、非常に遠近法の投影を使用します。



自動腸セグメンテーションの機能もあります。 腸の領域を他の解剖学的構造から分離する機能：









セグメント化された3Dモデル（[カメラの向きを表示]ボタン）をナビゲートすることもできます。3Dモデルをクリックすると、カメラが元の解剖学的構造の対応する位置に移動します。

セグメンテーションは、 ウェーブアルゴリズムを使用して実装されます 。 解剖学的構造は、他の臓器や外部空間と接触しないという意味で閉じていると考えられています。

ECGビューアー（波形）

ビューアの別のモジュールは、波形からのデータの読み取りとそのレンダリングを実装します。 DICOM ECG Waveformは、心電図のリードデータを保存するための特別な形式で、DICOM規格で定義されています。 これらの心電図は12のリード線を表します-3つの標準、3つの強化、6つの胸。 各リードのデータは、身体の表面の電圧の一連の測定値です。 応力を引き出すには、垂直スケールをmm / mVで、水平スケールをmm / sで知る必要があります。









グリッドは、左上隅の距離測定とスケールを容易にするための補助属性としてもレンダリングされます。 スケールオプションは、医療行為を考慮して選択されます：垂直方向-10および20 mm / mV、水平方向-25および50 mm /秒。 また、距離を水平および垂直に測定するためのツールを実装しました。

DICOMクライアントとしてのDICOMビューア

DICOM-Viewerは、とりわけ、本格的なDICOMクライアントです。 PACSサーバーでの検索、データの取得などが可能です。DICOMクライアントの機能は、DCMTKオープンライブラリを使用して実装されます。 サンプルビューアを使用したDICOMクライアントの一般的なユースケースを検討してください。 リモートPACSサーバーでステージを検索します。









ステージを選択すると、選択したステージのシリーズとその中の画像の数が下に表示されます。 右上には、検索が実行されるPACSサーバーがあります。 検索は、PID、検査日、患者名などの検索条件を指定してパラメータ化できます。クライアントでの検索は、DCTKTKライブラリを使用してC-FIND SCUチームによって実行されます。



C-GET-SCUおよびC-MOVE-SCUコマンドを使用して、選択したシリーズのその他の画像をダウンロードできます。 DICOMプロトコルは、関係者に接続を義務付けています。 クライアントとサーバーは、この接続を介して送信するデータのタイプを事前に同意します。 データ型は、SOPClassUIDパラメーターとTransferSyntaxパラメーターの値の組み合わせです。 SOPClassUIDは、この接続を介して実行される操作のタイプを定義します。 最も一般的に使用されるSOPClassUID：検証SOPクラス（pingサーバー）、ストレージサービスクラス（画像を保存）、プリンターSopクラス（DICOMプリンターで印刷）、CT画像ストレージ（CT画像を保存）、MR画像ストレージ（画像を保存） MRI）およびその他。 TransferSyntaxは、バイナリファイルの形式を定義します。 人気のTransferSyntaxes：リトルエンディアンの明示的、ビッグエンディアンの暗黙的、JPEGロスレス非階層（プロセス14）。 つまり、MRI画像をLitt​​le Endian Implicit形式で転送するには、MR Image Storage-Little Endian Explicitのペアを接続に追加する必要があります。









ダウンロードした画像はローカルストレージに保存され、再び表示されるとそこから読み込まれるため、視聴者の生産性が向上します。 保存したエピソードには、最初のエピソード画像の左上隅に黄色のアイコンが付いています。



また、DICOMクライアントとしてのDicomViewerは、研究ディスクをDICOMDIR形式で書き込むことができます。 DICOMDIR形式は、ディスクに書き込まれるすべてのDICOMファイルへの相対パスを含むバイナリファイルとして実装されます。 DCMTKライブラリを使用して実装されます。 ディスクを読み取るとき、DICOMDIRからすべてのファイルへのパスが読み取られ、ロードされます。 DICOMDIRにステージとシリーズを追加するために、次のインターフェイスが開発されました。









DicomViewerの機能についてお伝えしたかったのはそれだけです。 いつものように、資格のある専門家からのフィードバックは大歓迎です。



ビューアーリンク：

DICOM Viewer x86

DICOM Viewer x64



データの例：

MANIX-一般的な例（MPR、2D、3Dなど）

COLONIX-仮想大腸内視鏡検査用

FIVIX -4D心臓CT

セレブリックス-Fusion PET-CT