摘要：醫(yī)學(xué)圖像的三維顯示為醫(yī)生提供了直觀、全面、準(zhǔn)確的病人病情信息，是當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域研究的熱點之一。VTK是開源的可視化工具包，在國際上得到廣泛應(yīng)用，具有優(yōu)秀的架構(gòu)和運行機制。通過對DICOM醫(yī)學(xué)圖像的研究，應(yīng)用VTK技術(shù)，研究了醫(yī)學(xué)圖像橫斷面、冠狀面、矢狀面顯示以及三維重建的方法，該方法對醫(yī)學(xué)圖像三維體繪制數(shù)據(jù)的研究具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞： VTK；橫斷面；冠狀面；矢狀面；三維重建

中圖分類號：TP317 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）01-0165-03

VTK是一個開放源碼、自由獲取的軟件系統(tǒng)，全世界的數(shù)以千計的研究人員和開發(fā)人員用它來進行3D計算機圖形、圖像處理以及可視化。VTK包含一個C++類庫，眾多的翻譯接口層，包括Tcl/Tk，Java，Python。Visualization Toolkit是一個用于可視化應(yīng)用程序構(gòu)造與運行的支撐環(huán)境，它是在三維函數(shù)庫OpenGL的基礎(chǔ)上采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法發(fā)展起來的，它將我們在可視化開發(fā)過程中會經(jīng)常遇到的細節(jié)屏蔽起來，并將一些常用的算法封裝起來。比如Visualization Toolkit將我們在體繪制中比較常見的Raycasting算法封裝起來，以類的形式給我們以支持，這樣我們在對三維規(guī)則點陣數(shù)據(jù)進行重建時就不必再重復(fù)編寫Raycasting算法的代碼，而直接使用Visualization Toolkit中已經(jīng)提供的vtkVolumeRayCastMapper和vtkVolumeRayCastCompositeFunction類共同來完成。Visualization Toolkit是給從事可視化應(yīng)用程序開發(fā)工作的研究人員提供直接的技術(shù)支持的一個強大的可視化開發(fā)工具。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)（digital imaging and communication in medicine）是由美國放射學(xué)院（American College of Radiology，ACR）和國家電氣制造商協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）共同制定的，它包括了醫(yī)學(xué)的數(shù)字成像和通信傳輸兩個方面。該標(biāo)準(zhǔn)的制定有效地解決了各種不同的成像設(shè)備之間交換圖像的障礙，促進了數(shù)字圖像設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展。

目前在醫(yī)學(xué)圖像顯示領(lǐng)域，圖像二維顯示已發(fā)展的較為成熟，人們也已把目光放在更高維的顯示方面，但是，二維顯示卻也是不可或缺的。對于醫(yī)生來說，在研究手術(shù)方案時，提供一組二維切片是必要的。該文借助于開源的可視化工具VTK實現(xiàn)DICOM圖像橫斷面、冠狀面、矢狀面（以下簡稱為：橫冠矢）三個正交面的切片顯示，并利用光線投射算法對DICOM圖像進行了三維重建。

1 基于VTK的DICOM圖像文件讀取及顯示

1.1 DICOM圖像文件的讀取及顯示

對DCIOM圖像進行顯示，需要先提取圖像數(shù)據(jù)的各項參數(shù)和圖像像素數(shù)據(jù)值；然后判斷DCIOM的編碼方式，以后順次讀出圖像數(shù)據(jù)的各項參數(shù)；最后根據(jù)（7FE0，0010）讀出圖像的像素數(shù)據(jù)。為了逼真地顯示出醫(yī)學(xué)圖像的全部信息，通過DICOM圖像文件的讀取得到窗位與窗寬信息，然后采用圖像數(shù)據(jù)窗口變換方法，將圖像數(shù)據(jù)窗口變換成數(shù)據(jù)觀察窗口，將窗口區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)線性轉(zhuǎn)換到顯示器的最大顯示范圍內(nèi)，將高于或低于窗口上下限的圖像數(shù)據(jù)分別設(shè)置為最亮顯示值或最暗顯示值。這樣通過動態(tài)地調(diào)節(jié)窗口的窗寬（圖像數(shù)據(jù)的顯示范圍）和窗位（顯示的圖像數(shù)據(jù)的中心值），就可以實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的全部細節(jié)[1]的顯示。

DICOM文件的讀取和顯示是采用VTK中封裝的類來實施，主要調(diào)用了vtkImagePlaneWidget函數(shù)管理正交面的顯示，充分利用了Widget的交互式特點，通過拖動鼠標(biāo)的來改變切片的位置進行不同切面的顯示。

對于正交面的管理，由Widget內(nèi)部的vtkImageReslice對象成員進行控制。定義vtkImagePlaneWidget：：VTK_WINDOW_LEVEL_ACTION用來實現(xiàn)窗寬和窗位的調(diào)節(jié)，然后再通過windows滑塊控件的交互，即可實現(xiàn)橫斷面、冠狀面、矢狀面的顯示[3]。本系統(tǒng)的VTK流水線框圖如圖1所示，其中框圖左邊是VTK三維重建流程，右邊是橫冠矢二維切片顯示流程：