Técnicas para la representación y visualización de modelos 3D en imágenes médicas sobre un...

Técnicas para la representación y visualización de modelos 3D en imágenes médicas sobre un entorno

en 3 capas.

Sevilla 27/06/2007

Realizado por:Alberto García Consuegra

Dirigido por:Pedro Real Jurado (Universidad de Sevilla)

Miguel Ángel Oltra Rodríguez (Telvent)

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Contenidos

• Introducción• Adquisición de datos de modalidades

(Imágenes de modalidades y aparatos)• Procesado de imágenes (DICOM)• Técnicas• Planteamiento de una solución 3 capas• Consideraciones de la implementación

(problemática)• Conclusiones y aplicaciones• Presentación (práctica)

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• Objetivos del proyecto: Implementación de un visor que genere modelos 3D basados en imágenes médicas en 2D

Introducción

3D

Volume Rendering

MIP

DR

R

Surface Rendering

mIP

/MinIP

MP

R

No ImplementadasImplementadas

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• Esquema que sigue una aplicación médica

Introducción (II)

Adquisición de datosCT MR SPECT…

Procesamiento de Imágenes

Creación del modelo

Visionadodel modelo

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CT: Los datos son generados usando una fuente de rayos X, las imágenes obtenidas se basan en el principio de absorción de radiación de los tejidos.

Adquisición de datosCT

Adquisición de datos de modalidades (Imágenes de modalidades y aparatos)

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MRI: Emplea señales de radiofrecuencia y un imán para la adquisición de las imágenes. Se usa para demostrar alteraciones patológicas o fisiológicas de los tejidos vivos


Adquisición de datosMRI

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Ecografía: Emplea ultrasonidos para generar las imágenes. Se emplea para visualizar músculos, tendones y órganos internos para detectar lesiones en ellos.


Adquisición de datosECOGRAFÍA

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SPECT: Dispositivo similar al CT pero emplea una fuente de rayos gamma en vez de rayos X.


Adquisición de datosSPECT

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PET: Dispositivo que genera un mapa de procesos funcionales existentes en el cuerpo del paciente, para ello se emplean contrastes radioactivos inyectados en el paciente


Adquisición de datosPET

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• Una vez adquirida la imagen … ¿Cómo la almacenamos?

– Posibilidades

• ¿Qué es DICOM?– Estándar que define aspectos que intervienen en la comunicación y

almacenamiento de las imágenes médicas e instrumental asociado

• ¿Quién lo desarrolla?– NEMA

• ¿Porqué surge?– Debido a la existencia de numerosos dispositivos de adquisición de

imágenes, los cuales almacenaban las imágenes en formatos propietarios

Procesado de Imágenes. Formato DICOM

-Formatos gráficos estándares (JPEG, RAW…)

-Formato especializado DICOM

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Procesado de Imágenes. Formato DICOM

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Volume Rendering

3D

Volume Rendering

• Técnica que permite mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos 3D

1.- Clasificación de los materiales

2.- Aplicación funciones de color y opacidad a los materiales

3.- Iluminación y sombreado del modelo

4.- Proyección del modelo 3D sobre plano 2D (Visualización)

Algoritmo

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MIP

• Técnica similar a Volume Rendering pero que representa las proyecciones de los vóxeles de máxima intensidad que son atravesados por los rayos de proyección.

• Resalta áreas de alta radiodensidad

3D

MIP

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MPR

• Algoritmo de post-procesamiento que obtiene imágenes procedentes de cortes de planos sobre el volumen

3D

MP

R

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Algoritmos no Implementados: mIP y DRR

3D

DR

R

mIP

/MinIP

• mIP: Algoritmo similar a MIP pero obteniendo los vóxeles con menor intensidad atravesados por los rayos en vez de los de máxima intensidad. Ideal para observar texturas porosas.

• Algoritmo similar a mIP y MIP pero obtiene la suma de intensidades de todos los vóxeles atravesados por los rayos. Genera imágenes similares a radiografías.

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Surface Rendering• Técnica que permite reconstruir los contornos de los distintos órganos del cuerpo

1.- Localización de la superficie correspondiente a unos valores de densidad establecidos por el usuario

2.- Creación de los cubos y cortes con la superficie Triángulos

3.- Cálculo de la normal para cada vértice de cada triángulo e interpolarlas Cálculo del sombreado

Algoritmo

3D

Surface Rendering

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• ¿Porqué usar una Arquitectura SW de 3 capas?– Cada capa está especializada– No hay dependencia entre las capas Cambios en

una capa Las demás capas no se verán afectadas

• ¿Cuáles son las 3 capas?

Presentación

Datos

Lógica

Solución basada en 3 capas

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Solución basada en 3 capas

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Consideraciones de la implementación.

Problemática• Inexperiencia en el campo del modelado 3D• Escasa documentación técnica de la librería VTK

– Participación en el foro oficial para plantear las dudas a usuarios de la librería

• Inestabilidad de la librería debido a que el código está desarrollado en C++– Los fallos en ejecución proporcionaban poca información

• ¿ Fallo nuestro en la implementación o de la librería?

Ingeniería Inversa para comprender el funcionamiento de la librería

• Uso de memoria creciente Generación / eliminación de modelos La máquina cliente se queda sin memoria.

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• Aplicaciones del visor 3D– Simulaciones para planificación de operaciones

• Ensayar nuevas técnicas• Planificación de rutas a seguir en la operación

– Aplicaciones en la enseñanza– Realizar un seguimiento del paciente

• Mediante el proceso de fusión Fusionar modelos generados por imágenes adquiridas en diferentes espacios de tiempo

Conclusiones y Aplicaciones

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¿Qué queda pendiente?




Visionadodel modelo

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Bibliografía• VTK: www.vtk.org

• Marching Cubes (SR):

• Volume Rendering:

• Fundamentos Imágenes Medicas:

William E. Lorensen, Harvey E. Cline. Marching Cubes: A High3D Surface Construction Algorithm; ACM ComputerGraphics, Volume 21, Number 4, July 1987

Robert A. Drebin, Loren Carpenter, Pat Narran. Volume Rendering; ACM Computer Graphics, Volume 22, Number 4, August 1988

Cho, Zang-Hee; Jones, Joie P; Singh, Manbir, Foundations of medical imaging, Ed. John Wiley & Sons, Inc, 1993

Gracias

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