Técnicas para la representación y visualización de modelos 3D en imágenes médicas sobre un entorno en 3 capas. Realizado por: Alberto García Consuegra Dirigido por: Pedro Real Jurado (Universidad de Sevilla) Miguel Ángel Oltra Rodríguez (Telvent) Sevilla 27/06/2007

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)

Introducción Objetivos del proyecto: Implementación de un visor que genere modelos 3D basados en imágenes médicas en 2D No Implementadas Implementadas

Introducción (II) Esquema que sigue una aplicación médica Adquisición de datos CT MR SPECT… Procesamiento de Imágenes Creación del modelo Visionado del modelo

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

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

Adquisición de datos de modalidades (Imágenes de modalidades y aparatos) Ecografía: Emplea ultrasonidos para generar las imágenes. Se emplea para visualizar músculos, tendones y órganos internos para detectar lesiones en ellos. Adquisición de datos ECOGRAFÍA

Adquisición de datos de modalidades (Imágenes de modalidades y aparatos) SPECT SPECT: Dispositivo similar al CT pero emplea una fuente de rayos gamma en vez de rayos X.

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

Adquisición de datos CT MR SPECT… Procesamiento de Imágenes

Procesado de Imágenes. Formato DICOM 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 -Formatos gráficos estándares (JPEG, RAW…) -Formato especializado  DICOM

Procesado de Imágenes. Formato DICOM

Adquisición de datos CT MR SPECT… Procesamiento de Imágenes Creación del modelo

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

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

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

Algoritmos no Implementados: mIP y DRR 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. 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.

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

Solución basada en 3 capas ¿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

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.

Conclusiones y Aplicaciones 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

¿Qué queda pendiente? Adquisición de datos CT MR SPECT… Procesamiento de Imágenes Creación del modelo Visionado del modelo

Bibliografía VTK: www.vtk.org Marching Cubes (SR): Volume Rendering: Fundamentos Imágenes Medicas: William E. Lorensen, Harvey E. Cline. Marching Cubes: A High 3D Surface Construction Algorithm; ACM Computer Graphics, 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

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