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遠(yuǎn)程會(huì)診三維化——談支持遠(yuǎn)程會(huì)診的三維
PACS工作站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本文作者介紹了一種采用雙向遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式遠(yuǎn)程會(huì)診的三維PACS工作站，使用該系統(tǒng)，會(huì)診雙方可以在有限帶寬下實(shí)時(shí)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(huì)診中，醫(yī)生需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由多幅圖像估計(jì)病灶的形狀、大小以及和周?chē)M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(duì)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(wú)創(chuàng)傷地提供傳統(tǒng)方法無(wú)法獲得的解剖信息。遠(yuǎn)程會(huì)診和遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)也有三維實(shí)時(shí)交互的需求，這里就介紹一種在原有的二維會(huì)診系統(tǒng)基礎(chǔ)上，使用開(kāi)源工具包VTK，開(kāi)發(fā)支持遠(yuǎn)程會(huì)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(chēng)是Visualization Toolkit，是一套開(kāi)源的、免費(fèi)的三維圖形學(xué)、圖像處理和可視化開(kāi)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(tái)開(kāi)發(fā)。為了簡(jiǎn)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(duì)象在內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，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(guò)VTK中的vtkImageImport類(lèi)進(jìn)入VTK流水線，vtkMarchingCubes類(lèi)提取出等值面的三角面片，vtkPolyDataMapper將三角面片映射到圖形庫(kù)。
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(gè)游程編碼數(shù)據(jù)，而且當(dāng)改變轉(zhuǎn)移函數(shù)的時(shí)候，需要重新對(duì)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(guò)vtkImage-Import類(lèi)進(jìn)入流水線，vtk-VolumeRayCastMapper類(lèi)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(lái)產(chǎn)生類(lèi)似MR血管造影的效果。最大亮度投影可以看作是一種簡(jiǎn)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(shí)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(gè)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(gè)平面。
圖1三維PACS工作站實(shí)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(huì)診系統(tǒng)設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程會(huì)診的請(qǐng)求方和專(zhuān)家方之間交換三種信息: 圖像從請(qǐng)求方發(fā)送到專(zhuān)家方; 使請(qǐng)求方和專(zhuān)家方對(duì)圖像的操作同步; 請(qǐng)求方與專(zhuān)家方進(jìn)行語(yǔ)音交互。圖像發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較大，但是通�？梢栽跁�(huì)診開(kāi)始前完成。對(duì)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)交換這些信息。語(yǔ)音交流可以通過(guò)另一根電話線完成。
請(qǐng)求方通過(guò)DICOM服務(wù)從PACS或者掃描設(shè)備獲取圖像并存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，這些圖像通過(guò)DICOM服務(wù)發(fā)送到專(zhuān)家方。會(huì)診開(kāi)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(huì)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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