Введение
Оглавление
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Наиболее популярные методы неинвазивной диагностики
1.2. DICOM
1.3. Вексельная графика
1.4. Основные алгоритмы визуализации серии снимков
1.4.1. Алгоритм FTB и BTF
1.4.2. Алгоритм сплатинга (splatting)
1.4.3. Методы визуализации объёма обратного хода
1.5. Рендеринг и шейдеры
1.5.1 OpenGL и шейдеры в Qt
1.5.2 Виды шейдеров
1.5.3 Текстуры в шейдерах и Qt
Глава 2. Алгоритм визуализации
2.1. Анализ существующих алгоритмов визуализации
2.2. Предложенная методика
2.2.1. Оригинальный алгоритм построения 3D объекта
2.2.2. Реализация оригинального алгоритма построения вокселей
2.2.3. Тестирование алгоритма на производительность
Г лава 3. Результаты
Выводы
Литература
Приложение 1. Класс, выполняющий прорисовку вокселей...
Приложение 2. Виджет, отображающий трехмерную модель
По данным статистики, онкологические заболевания являются одной из основных причин смертности в мире [1]. В современной медицине наиболее важную роль играет своевременное выявление рака, поскольку это заболевание не поддаётся лечению на поздних стадиях. На протяжении последних десятилетий технология медицинской интроскопии (medical imaging) постоянно усовершенствуется, использование компьютерных технологий улучшает контрастность получаемых изображений и качество данных, тем самым увеличивая эффективность назначаемого лечения.
Самая распространённая технология интроскопии (неинвазивное исследование внутренней структуры объекта) - это томография. Результаты обследований компьютерной (КТ) и магнитно-резонансной (МРТ) томографии, представляют собой серию снимков множества сечений тела пациента, которые характеризуют особенности его анатомии и физиологии [2]. Тем самым, создаётся массив плоских статических изображений, данные для построения которых хранятся в специально разработанном стандарте медицинских файлов DICOM 3.0 (Digital Imaging and Communications in Medicine) [3].
В большинстве случаев в медицинской диагностике проводится зрительный анализ изображений отдельных сечений - графическое представление данных среза исследуемой области человеческого тела. Однако для более тщательного планирования лечения, а также возможности численного анализа и моделирования процессов в теле человека необходимо использовать объёмные модели, содержащие информацию о реальных параметрах (плотность, состав) тканей, геометрии.
Актуальность работы обусловлена следующим:
Методы визуализации органов человека на основе DICOM-файлов получают все большую популярность в различных областях медицины, благодаря возможности создания точных и реалистичных визуальных представлений 3D объектов по медицинским данным [2].
На сегодняшний день существуют коммерческие проекты обработки и визуализации DICOM, такие как Инобитек, RadiAnt и др., однако они решают исключительно медицинские задачи, и их исходный код не доступен. Их использование для исследовательских задач нецелесообразно, в связи с отсутствием информации об используемых алгоритмах и приближениях. Неинформированность в этих вопросах допустима в случае индивидуального использования, при необходимости же проведения дальнейших исследований на основе полученных данных, она приведёт к неизбежным затруднениям. Проведение расчётов, связанных с планированием лечения, в том числе с моделированием для радиационной терапии, требует учитывать все приближения, в том числе и те, которые вносятся при построении объёмной модели.
Кроме того, коммерческие продукты бесплатны для скачивания, однако их использование в медицинских и/или исследовательских учреждениях требует оплаты лицензионной версии, стоимость которой существенна.
Таким образом, целью данной работы является разработка системы для построения трёхмерных моделей человеческого тела.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка и программная реализация алгоритмов анализа (парсинга) DICOM- файлов проектирование и реализация графического интерфейса разработка программного модуля реконструкции трёхмерной воксельной модели на основе анализа изображений, полученных в результате томографии.
Разработанные при выполнении данной работы программные модули в дальнейшем могут стать частью так называемых систем планирования лечения.
Проведён анализ существующих алгоритмов рендеринга;
Разработан алгоритм восстановления трёхмерного изображения из серии двумерных медицинских снимков DICOM. Алгоритм позволяет отображать не только поверхность, но и весь объём трёхмерной модели, позволяет строить качественные изображения;
Разработанный алгоритм был реализован в виде программного модуля;
Проведено исследование эффективности разработанного алгоритма. В результате тестирования установлено, что работа алгоритма возможна в режиме реального времени;
Разработан графический интерфейс взаимодействия пользователя с программным модулем.
Результаты работы докладывались на III международной конференции «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2017), Самара: Самарский университет – 2017 и на 14 международной молодежной школе-конференции "Магнитный резонанс и его приложения - Spinus-2017", СПб – 2017. Также по результатам работы готовится публикация.
Планируется дальнейшее усовершенствование данного программного модуля и используемого алгоритма.
