遠程會診三維化——談支持遠程會診的三維
PACS工作站設計與實現
本文作者介紹了一種采用雙向遠程控制技術實現點對點方式遠程會診的三維PACS工作站，使用該系統，會診雙方可以在有限帶寬下實時交互操作高分辨率和大容量醫學圖像。
傳統的二維圖像技術缺乏直觀的三維效果，在遠程會診中，醫生需要根據經驗由多幅圖像估計病灶的形狀、大小以及和周圍組織的關系。隨著設備的發展，一次掃描產生幾百幅上千幅圖像，這也對傳統的二維顯示工作站提出了挑戰。而三維PACS工作站可以無創傷地提供傳統方法無法獲得的解剖信息。遠程會診和遠程教學系統也有三維實時交互的需求，這里就介紹一種在原有的二維會診系統基礎上，使用開源工具包VTK，開發支持遠程會診的三維PACS工作站的方法。
基于VTK的三維PACS工作站
VTK的全稱是Visualization Toolkit，是一套開源的、免費的三維圖形學、圖像處理和可視化開發工具包。VTK功能非常強大，提供了醫學影像處理與分析所需要的三維可視化技術，支持跨平臺開發。為了簡化接口，提高代碼的可重用性，可維護性以及系統的可擴展性，我們采用了狀態模式。狀態模式允許對象在內部狀態發生變化時，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，經過VTK中的vtkImageImport類進入VTK流水線，vtkMarchingCubes類提取出等值面的三角面片，vtkPolyDataMapper將三角面片映射到圖形庫。
體繪制
體繪制不產生中間數據，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，但預處理階段需要在生成三個游程編碼數據，而且當改變轉移函數的時候，需要重新對數據進行預處理，我們選用了光線投射算法。光線投射算法生成的圖像的質量較其他方法好。DICOM圖像經過vtkImage-Import類進入流水線，vtk-VolumeRayCastMapper類接受
規則數據作為輸入，根據顏色和不透明度曲線，以及可選的梯度調制函數，合成出圖像。
最大亮度投影
最大亮度投影方法廣泛應用于MR圖像中，用來產生類似MR血管造影的效果。最大亮度投影可以看作是一種簡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科醫生經常使用多平面重組法（MPR）快速找到感興趣的組織區域。我們實現了常規MPR和自由模式MPR。常規MPR提供冠狀面、矢狀面、橫軸面以及與這三個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平面。
圖1三維PACS工作站實例面繪制（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。
遠程會診系統設計
遠程會診的請求方和專家方之間交換三種信息: 圖像從請求方發送到專家方; 使請求方和專家方對圖像的操作同步; 請求方與專家方進行語音交互。圖像發送的數據量比較大，但是通常可以在會診開始前完成。對圖像的操作，如平移、縮放以及三維旋轉操作等事件信息，必須實時交換，以保證雙方的同步。由于事件消息很短，常規電話線帶寬就可以支持實時交換這些信息。語音交流可以通過另一根電話線完成。
請求方通過DICOM服務從PACS或者掃描設備獲取圖像并存入本地數據庫，這些圖像通過DICOM服務發送到專家方。會診開始后，應用程序操作這些圖像，這將產生二維和三維交互事件，會診雙方采用TCP/UDP協議交換這些消息進行同步。系統架構如圖2所示。
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