Часто возникает вопрос: если результаты МРТ или КТ выдали на диске, как посмотреть снимки? Ведь в последнее медицинские центры все чаще прибегают к выдаче снимков на CD или DVD, и это лучше, чем иметь снимки на пленке. Почему — можно . Так как же посмотреть снимки МРТ и КТ с диска, с помощью какой программы?
О формате файлов КТ И МРТ
Файлы КТ или МРТ исследования на диске записаны в специальном формате DICOM, и он не открывается обычными программами просмотра картинок. DICOM — это формат медицинских изображений, где в каждый файл помимо собственно картинки «вшита» другая информация — имя пациента, его возраст, номер снимка, обозначения режимов сканирования и т.п.
Программы для открытия файлов КТ и МРТ
Чтобы открыть снимки с CD диска, Вам понадобится специальная программа — DICOM-вьюер. Таких программ много, платных и бесплатных. Самая удобная из бесплатных программ — Radiant DICOM Viewer . Скачать ее можно . Эта программа умеет открывать совершенно любые медицинские снимки в формате DICOM, например МРТ, КТ, ПЭТ-КТ, рентген, маммографию, ангиографию и т.д.
Чтобы открыть снимки программой Radiant , нужно скопировать все содержимое диска в папку на компьютере, затем зайти в программу, нажать в левом верхнем углу кнопку Scan folder for DICOM files и выбрать эту папку. Подробнее про работу программы можно почитать .
Лучшая из программ для MAC-OS — это Osirix . Скачать бесплатную версию для настольного компьютера можно . Версия Osirix для iPhone и iPad продается в Apple Store или .
Часто МРТ или КТ записывается на диск уже с программой-вьюером. В таком случае не нужно отключать автозапуск на своем компьютере, и программа просмотра запустится автоматически. К недостатку таких программ относится то, что ими, как правило, не очень удобно пользоваться. Поэтому советуем Вам все же установить Radiant .
Помните, что даже не исключает врачебной ведь достоверность диагностики напрямую зависит от умения врача расшифровать снимки. Поэтому при сомнениях в диагнозе врачи рекомендуют получить Второе мнение - расшифровку МРТ или КТ у рентгенолога экспертного уровня с целью подтверждения или опровержения диагноза, а также более точного и детального описания снимков. В России действует Национальная телерадиологическая сеть — служба дистанционных консультаций, с помощью которой любой человек может обратиться к ведущим диагностам из Москвы или Санкт-Петербурга, отправить им файлы исследования и получить квалифицированное описание. Особенное значение такая консультация имеет при онкологических, неврологических и других сложных заболеваниях.
Благодаря развитию медицины, грыжа позвоночника может эффективно устраняться с помощью новых методов лечения. Раннее обнаружение проблемы способствует скорейшему выздоровлению пациента. Врачи для диагностики таких нарушений используют МРТ и КТ, то есть магнитно-резонансную и компьютерную томографию.
Задача подобных обследований заключается в том, чтобы получить снимки, на которых можно было бы увидеть состояние позвоночника при грыже, а также обнаружить наличие воспалительных очагов и врожденных патологий.
Магнитно-резонансная томография является более точной для изучения состояния позвоночного столба. Ее результаты будут безошибочными, когда обследуются поясничные позвонки. КТ по точности отстает, но для повышения эффективности диагностики используется контрастный препарат. Место его введения – твердая мозговая оболочка спинного мозга. Другими словами, пациенту может назначаться постмиелографическая КТ.
Любой метод всегда будет иметь плюсы и минусы. Лечащий врач сам решит, каким способом лучше провести обследование проблемных зон позвоночника, в частности, когда есть грыжа. Преимущественно специалистами назначается МРТ. На полученных фото диски будут отлично различаться. То же относится и к спинномозговым нервам, спинному мозгу, его оболочкам и связкам позвоночника.
Какой метод выбрать для исследования, решает врач
Благодаря МРТ легко установить, когда в межпозвонковом диске начинают появляться патологические изменения. Это важно для предупреждения возникновения грыж. Также определяются зоны, в которых межпозвоночная грыжа локализуется. МРТ помогает отличить, в каком случае присутствуют грыжевые выпячивания, а в каком имеют место рубцовые, воспалительные и опухолевые процессы.
Но МРТ не всегда дает точные данные, касающиеся размеров канала позвоночника и грыжи. Такая задача под силу КТ.
Зачем проводится МРТ позвоночника?
Процедура позволяет выявить, насколько работоспособным является позвоночный столб. Кроме того, она помогает более детально рассмотреть, что происходит со:
- спинным мозгом;
- мягкими тканями, находящимися вокруг позвоночника;
- суставами, кровеносными сосудами и связками;
- позвонками.
На фото, сделанное в результате МРТ, будет видно, присутствуют ли какие-либо нарушения в позвонках. Получив снимки, врач сразу поймет, в каких местах разорваны связки и где имеются растяжения. Если диагностируется грыжа позвоночника, пациента непременно направляют на прохождение МРТ или КТ. Главное, чтобы для обследования не было противопоказаний.
Как прочесть снимки МРТ?
Как можно прочитать снимки МРТ?
Обычно пациент, у которого была диагностирована грыжа, после проведения МРТ либо КТ, желает лично посмотреть результаты обследования. В ряде случаев просмотр результатов обследования может понадобиться и врачам. Как правило, снимки при выполнении МР-исследования конвертируются в формат *.dcm (DICOM). Чтобы можно было посмотреть файл, имеющий формат DICOM, понадобится специальная программа, используемая специалистами лучевой терапии. Программа для просмотра результатов КТ и МРТ имеет английское название – DICOM viewer. По-русски ее называют программой для просмотра DICOM файлов. Для более качественного поиска стоит указывать в строке поисковика операционную систему своего компьютера (Windows XP, Capitan, Windows Vista, Mac OS Leon, Yosemite, Leopard, Windows 7,8,10).
Самыми удачными программами, особенно для операционной системы Mac OS, считаются OsiriX и Horos. Пациент может пользоваться ими бесплатно (часто дается пробный вариант на 30 дней). Это важно, поскольку обычно они нужны в единичном случае.
Одной из распространенных программ для просмотра МРТ-снимков является Radiantviewer. Как правило, она отлично функционирует в наиболее распространенных операционных системах. Пользование ею достаточно простое, понятное интуитивно. Русский перевод всех команд является огромным плюсом для ее пользователей. Каких-либо дополнительных приложений для этой программы не требуется.
Какие методы диагностики могут быть оценены с помощью RadiAnt?
Эта программа помогает просматривать файлы DICOM после различных диагностических процедур:
- ультразвуковое исследование;
- позитронно-эмиссионная томография;
- радионуклидное исследование;
- МРТ и КТ;
- маммография и цифровая рентгенография;
- цифровая ангиография.
Возможности RadiAnt
Программа RadiAnt подходит для просмотра снимков наобычных компьютерах с любой оперативной памятью. Но чем компьютер будет мощнее, тем программа сможет продемонстрировать больший резерв возможностей. Преимущество программы в ее простоте. Кроме того, создатель перевел ее на русский язык.
Чтобы посмотреть, как выглядит межпозвоночная грыжа, файл необходимо скопировать либо сохранить на жесткий диск. Потом он открывается в этой программе.
Программа для просмотра RadiAnt позволяет:
- изменять контрастность и яркость;
- увеличивать-уменьшать исследуемый объект;
- поворачивать или разворачивать сканы, а также создавать их зеркальное отражение;
- замерять длину, ширину, толщину и объем;
- заниматься измерением плотностей тканей.
Благодаря программе DICOM изображение можно сохранять в других форматах. При желании оно копируется в буфер обмена для дальнейшего использования.
Какие типы снимков поддерживает RadiAnt?
Существует ряд разновидностей снимков формата DICOM. Именно поэтому важно, чтобы программа для просмотра результатов диагностических исследований поддерживала конкретный формат. RadiAnt позволяет работать с такими типами изображений:
- снимки МРТ, КТ, КР (монохроматические), 3Д-реконструкции, снимки УЗИ (цветные);
- наборы динамических снимков (УЗИ, ЦСА) и статических (МГ, КР, КТ);
- снимки форматов jpeg, jpeg 2000, jpeg-ls, rle.
Horos
Данная программа представляет собой оптимальный вариант для работы со снимками медицинских исследований в системе Mac OS. Скачать программу можно бесплатно. Horos поддерживает снимки наиболее распространенных методов исследований.
Программа для МРТ Horos
Horos позволяет изучить орган в 3 проекциях. Для удобства оценки МР-снимков врачи-радиологи открывают одновременно 6 окон. Особенно это имеет смысл, если нужно исследовать патологию и ее особенности в различных режимах (DWI, FLAIR, T1, T1+contrast, T2, STIR).
После прохождения МРТ или КТ исследования у пациента часто возникает желание собственноручно посмотреть какие изменения выявил у него врач. Файлы исследования обычно имеют формат DICOM (*.dcm). Для того, чтобы открыть файлы с данным разрешением требуется специальный просмоторщик из группы программ для радиологии. Группа программ для просмотра КТ, МРТ и рентгенограмм называется на английском DICOM viewer, а по-русски программа для просмотра DICOM файлов. Для того, чтобы найти одну программу из данной группы достаточно ввести в поисковик «программа для просмотра DICOM файлов». Лучше всего в конце запроса указать вашу операционную систему (Windows XP, Windows Vista, Windows 7,8,10 или Mac OS Leon, Leopard, Yosemite, Capitan). Для Mac OS наиболее удачные программы — это OsiriX и Horos. Большой плюс этих программ является то, что их можно использовать и на бесплатной основе, что для единичного пользования программы пациентом немаловажно. Данные программы также используют ведущие радиологи в мире.
Для того, чтобы просмотреть файлы с диска вам потребуется сохранить (скопировать) информацию с диска на жесткий диск компьютера, а после открыть данный архив в программе для просмотра снимков. Ваши снимки возможно визуализировать в аксиальной, сагиттальной и фронтальной проекции. Если при МРТ исследовании врач радиолог должен настроить аппарат, чтобы получить изображения во всех трех плоскостях, то при компьютерной томографии ваши изображения будут получены в аксиальной проекции. При использовании программы вы можете собственноручно переделать КТ-сканы из аксиального сечения в сагиттальное или фронтальное сечение. При помощи данных программ вам удастся также получить 3D изображение. Языком лучевой диагностики — это называется создание мультипланорной реконструкции.
МРТ головного мозга у пациента 13 лет по поводу головных болей. Представлены три проекции. Слева — фронтальная проекции. Посередине — аксиальная проекция. Справа — сагиттальная проекция
Программа для просмотра рентгеновских снимков с диска.
Многие производители программ предлагают пробный 30 дневный период. Для того, чтобы посмотреть пациенту единожды свой снимок этого достаточно, а для работы радиологу нет. Для загрузки одного из таких приложений перейдите по следующей ссылке:
http://www.radiantviewer.com/download.php
Предложенная программа называется Radiantviewer. Оптимально работает на следующих Windows XP (service pack 3), Windows Vista, Windows 7, Windows 8 и 8,1, Windows 10. Данная программа очень проста в использовании так, как максимально интуитивна. Большим плюсом этой программы, что она переведена на русский язык от разработчика. Небольшой бонус простоты использования заключается в том, что пользователю не нужно загружать файлы с дисков на компьютер, а программа сделает это за вас, открыв автоматически ваши исследования с диска. Данная программа не потребует от вас дополнительных приложений таких, как JAVA или NET, что значительно облегчает процесс просмотра DICOM — файлов.
Данная программа поддерживает DICOM файлы следующих исследований:
1) цифровая рентгенография и маммография.
2) МРТ — магнитно-резонансная томография.
3) КТ — компьютерная томография.
4) УЗИ — ультразвуковое исследование.
5) ЦА — цифровая ангиография.
6) ПЭТ/КТ — позитронно-эмисионная томография.
Просмотр снимков мрт.
Программа RadiAnt позволяет работать с одинаковой хорошей скоростью и на компьютерах с оперативной памятью 512 мегабайт, а также на компьютерах с оперативной памятью 4 гигабайт и выше. Конечно, на компьютерах более мощных у пользователя больше возможностей для использования всего потенциала данной программы.
В программе пользователь может выполнить следующие действия:
2) Увеличение или уменьшение объекта.
3) При оценке КТ возможность выбора окна визуализации (легочное, мягко-тканное, костное).
5) Произвести замеры длины, толщины, ширины, объема.
6) Измерение плотности тканей в единицах Хаунсфильда при КТ исследовании.
При использовании данной программы у вас есть возможность сохранить DICOM изображение, как видео в формате WMV или изображение в формате JPEG. Также вы можете скопировать изображение в буфер обмена, а далее использовать изображении в презентации или заключении, что удобно при подготовке доклада с презентацией и для более информативного заключения с изображением.
Программа для просмотра мрт снимков скачать
Бесплатные программы для Mac OS являются Osirix и Horos. Данные программы возможно скачать по следующим ссылкам:
Для того, чтобы скачать Horos вам нужно будет заполнить следующий формуляр:
First Name — ваше имя. Role — ваша профессия. Organization — ваше место работы. Email — ваш электронный адрес. Буквально через несколько секунд вам на почту должно прийти ссылка на скачивания просмоторщика в dmg — формате. Далее устанавливаете программу, как обычно, устанавливаете программу в Mac OS.
На мой взгляд лучшая программа для Mac OS является Horos. Да эти программы (Osirix и Horos) обе бесплатные, но Horos не требует перейти на платный режим Osirix MD. При просмотре не будет выявляться красным по черному «Not for medical usage», что в переводе не для медицинского использования. Вы просто пользуетесь замечательной бесплатной программой Horos, которая вас беспокоит лишь, когда нужно загрузить обновление. В данной программе возможно открывать DICOM файлы следующих изображений: цифровая рентгенография и маммография, МРТ — магнитно-резонансная томографии, КТ — компьютерная томографии, УЗИ — ультразвуковое исследование, ЦА — цифровая ангиография, ПЭТ/КТ — позитронно-эмисионная томография.
При исследовании в трех проекция легче выявить патологию. Многие радиологи используют сразу шесть окон для оценки патологии. Особенно это характерно для МРТ исследований, когда требуется оценка патологии в разных режимах T1, T2, FLAIR, STIR, DWI, T1 + contrast.
Программы просмотра рентгеновских снимков
Раньше рентгенограммы печатались на пленку, а сейчас все снимки являются цифровыми. Для того, чтобы просмотреть данные снимки требуются те же программы, которые используются при просмотре МРТ, КТ и ПЭТ/КТ снимки. Это является очень удобным в связи с тем, что у пользователя есть возможность сравнить изменения на КТ, МРТ и рентгенограмме в одном окне, к тому же это очень информативно.
Хотелось бы привести пример использования программы.
Выявлено образование в проксимальной части бедренной кости на рентгенограмме. Далее пациенту было назначено МРТ бедренной кости. Для того, чтобы понять какие анатомическо-структурные изменения выявлены у пациента обязательно нужно сравнить с рентгенограммой.
Программа для просмотра мрт снимков.
На данных четырех изображениях представлен один и тот же пациент. Первое изображение МРТ T2 fatsat в сагиттальной проекции. Второе изображение МРТ STIR в корональной проекции. Третье изображение МРТ Т1 изображение. Четвертое изображение — рентгенограмма. На разных последовательностях очаг характеризуется по-разному, что дает возможность охарактеризовать процесс более детально.
Программа для просмотра КТ снимков.
Программы для просмотра КТ снимков имеют следующие действия:
1) Изменение яркости и контрастности.
2) Увеличение или уменьшение объекта (ZOOM).
3) Выбор окна визуализации (легочное, мягко-тканное, костное).
4) Поворот, разворот, зеркальное отражение сканов.
5) Замер длины, толщины, ширины, объема.
6) Вычисление плотности тканей в единицах Хаунсфильда.
Также не маловажным критерием для программы является 3D трансформация изображения, что особенно важно при патологии сосудистой системы и при травмах.
Компьютерная томограмма 3d — реконструкция. На современных программах есть возможность выделить отдельно систему органов. В данном случае отдельно выделена сердечно-сосудистая система. У данного пациента поражена брюшная часть аорты (указана стрелкой). Болезнь Такаясу.
У данного пациента назо-орбито-этмоидальный перелом. 3d помогает в подборе хирургической тактики.
Добрый день, уважаемое хабра-сообщество!
Сегодня мне бы хотелось пролить свет на одну из самых неосвещённых тематик на хабре. Речь пойдёт о визуализаторе медицинских радиологических изображений или DICOM Viewer"е. Планируется написать несколько статей, в которых поговорим об основных возможностях DICOM Viewer"а - в том числе возможности воксельного рендера, 3D, 4D, рассмотрим его устройство, поддержку протокола DICOM и др. В этой статье я расскажу о воксельном рендере и его устройстве. Всем заинтересовавшимся добро пожаловать под кат.
Одним из наших продуктов является DICOM Viewer - просмотрщик медицинских изображений формата DICOM. Он умеет рендерить 2D изображения, строить 3D модели на основе 2D слайсов, а также поддерживает операции как для 2D изображений, так и для 3D моделей. Об операциях и возможностях Viewer"а я напишу в следующей статье. В конце статьи будут указаны ссылки на сам DICOM Viewer с полным функционалом, который описан в статье и на данные для проб. Но всё по порядку.
Представление изображений в медицине
Чтобы представлять как построить 3D-модель, например, головного мозга, из 2D DICOM-файлов, нужно понимать как представлены изображения в медицине. Начнём с того, что все современные томографы (МРТ, КТ, ПЭТ) не производят готовых изображений. Вместо этого формируется файл в специальном формате DICOM, который содержит информацию о пациенте, исследовании, а также информацию для отрисовки изображения. Фактически каждый файл представляет срез (slice) произвольной части тела, в какой-либо плоскости, чаще всего в горизонтальной. Так вот каждый такой DICOM-файл содержит информацию об интенсивности или плотности тканей в конкретном срезе, на основе которой строится итоговое изображение. На самом деле интенсивность и плотность - это разные понятия. Компьютерная томография сохраняет в файлах рентгеновскую плотность, которая зависит от физической плотности тканей. Кости имеют большую физическую плотность, кровь меньшую и т.д. А магнитно-резонансный томограф сохраняет интенсивность обратного сигнала. Мы же будем применять термин плотности, обобщая таким образом выше описанные понятия.Информацию о плотности в DICOM-файле можно представить в виде обычного изображения, у которого есть разрешение, размер пикселя, формат и другие данные. Только вместо информации о цвете в пикселе храниться информация о плотности тканей.
Диагностическая станция производит не один файл, а сразу несколько для одного исследования. Эти фалы имеют логическую структуру. Файлы объединяются в серии и представляют собой набор последовательных срезов какого-либо органа. Серии объединяются в стадии. Стадия определяет всё исследование. Последовательность серий в стадии определяется протоколом исследования.
2D-рендер
Информация о плотности тканей в DICOM-файле является основой для его отрисовки. Чтобы отрисовать изображение нужно значениям плотности сопоставить цвет. Это делает передаточная функция, которую в нашем viewer"е можно редактировать. Кроме того есть множество готовых пресетов для отрисовки разных по плотности тканей разными цветами. Вот пример передаточной функции и результат отрисовки:
На графике обозначены две точки белого цвета на концах белой линии, что говорит о том, что будет рисоваться только белый цвет. Линия, соединяющие точки, обозначает непрозрачность (opacity), т.е. менее плотные ткани отрисовываются более прозрачными пикселями. Таким образом белый цвет плюс соответствующее значение непрозрачности даёт градации белого, что и видно на картинке. В данном примере показана относительная передаточная функция, поэтому по оси абсцисс отложены проценты. Синим цветом на графике показано распределение плотностей тканей, где каждому значению плотности соответствует количество пикселей (вокселей), приходящихся на данную плотность.
В нашем рендере происходит отрисовка белого цвета с соответствующей прозрачностью на чёрном фоне, чёрный цвет никогда не отрисовывается. Такая схема удобна при отрисовке 3D-модели - воздух имеет небольшую плотность, следовательно отрисовывается прозрачным, поэтому при наложении слайсов через воздух наложенного изображения будет видно нижнее. К тому же, если бы цвет имел не константную характеристику, а линейную (чем характеризуется переход от чёрного цвета к белому), то при перемножении цвета на прозрачность (которая также имеет линейную характеристику) получилась бы квадратичная характеристика, которая отражала бы цвет иначе, что не является верным.
Передаточные функции разделяются по типу на абсолютные и относительные. Абсолютная передаточная функция строится для всех возможных плотностей. Для КТ это шкала Хаунсфилда (от -1000 до ~3000). Плотность равная -1000 соответствует воздуху, плотность, равная 400, соответствует костям, нулевая плотность соответствует воде. Для плотностей по шкале Хаунсфилда верно следующее утверждение: каждая плотность соответствует определённому типу ткани. Однако для МРТ это утверждение не верно, поскольку МР-томограф для каждой серии генерирует собственный набор плотностей. То есть для двух серий одна и та же плотность может соответствовать разным тканям тела. В абсолютной передаточной функции аргументы соответствуют абсолютным значениям плотности.
Относительная передаточная функция строится на основе так называемого окна, которое указывает какой именно диапазон плотностей нужно отрисовывать. Окно определяется параметрами Window Width (W) и Window Center (L), рекомендуемые значения которых задаются томографом и сохраняются в файлы-снимки в соответствующих DICOM-тэгах. Значения W и L могут быть изменены в любой момент. Таким образом, окно ограничивает область определения передаточной функции. В относительной передаточной функции аргументы соответствуют относительным значениям, заданным в процентах. Пример передаточной функции показан на рисунке выше со шкалой в процентах от 0 до 100.
Как в случае абсолютной, так и в случае относительной передаточной функции возможны случаи, когда передаточная функция покрывает не все плотности, содержащиеся в файле-снимке. В этом случае все плотности, которые попадают справа от передаточной функции принимают значения самого правого значения передаточной функции, а плотности слева - самого левого значения передаточной функции соответственно.
Пример абсолютной передаточной функции, в которой плотность задана в абсолютных значениях по шкале Хаунсфилда:
Вот пример более сложной передаточной линейной функции, окрашивающей плотности в несколько цветов:
Как и на предыдущем рисунке прозрачность имеет линейную характеристику. Однако для конкретных плотностей заданы цвета. Помимо цвета каждая из этих точек определяет прозрачность (в соответствии с белой линией на графике). В случае 3D-модели каждая из точек также хранит отражательные компоненты. Между конкретных точек производится интерполяция отдельно для каждой компоненты, включая прозрачность, RGB, отражательные компоненты, получая таким образом значения для остальных плотностей.
Прозрачность в передаточной функции не обязательно должна быть линейной. Она может быть любого порядка. Пример передаточной функции с произвольной прозрачностью:
Помимо прочего, на каждом 2D-изображении отрисовывается информация об изображении. В правом нижнем углу рисуется куб ориентации, по которому можно понять как расположен пациент в данном изображении. H – head (голова), F – foot(ноги), A – anterior (анфас), P – posterior(спина), L – left(левый бок), R – right(правый бок). Эти же буквы дублируются в середине каждой из сторон. В левом нижнем и правом верхнем углах для врачей-ренгенологов отображается информация о параметрах томографа, с которыми было получено данное изображение. Также справа рисуется линейка и масштаб одного деления соответственно.
Воксельный рендер
Что это?
Посколько воксельный рендер является основой для нескольких наших проектов, он представлен в виде отдельной библиотеки. Она называется VVL(анг. Volume Visualization Library). Она написана на чистом С без использования каких-либо сторонних библиотек. VVL предназначена для рендеринга трёхмерных моделей, построенных из данных DICOM-сканеров (МРТ, КТ, PET). VVL использует все преимущества современных многоядерных процессоров для realtime-отрисовки, поэтому может работать на обычной машине, а также имеет реализацию на CUDA, что даёт гораздо более высокую производительность, чем на CPU. Вот пара изображений, полученного рендером на основе данных компьютерной томографии.
В VVL реализован весь процесс отрисовки, начиная с построения модели и заканчивая генерированием 2D изображения. Есть такие фишки как ресэмплинг, антиалиасинг, полупрозрачность.
Воксельная модель изнутри
Воксель - это элемент объёмного изображения, содержащего значение элемента в трёхмерном пространстве. В качестве значения вокселя в общем случае может выступать что угодно, включая цвет. В нашем случае в качестве значения вокселя выступает плотность. Что касается формы вокселя, то в общем случае воксели могут быть кубическими, или представлять собой параллелепипед. У нас воксели представлены в виде кубов для упрощения и удобства работы. Координат воксели не хранят, они вычисляются из относительного расположения вокселя.По сути, воксель является полным аналогом пикселя в 3D. Pixel (англ. picture element) - элемент изображения,Voxel (англ. volume element) – элемент объёма. Практически все характеристики пикселя переносятся на воксель, поэтому можно смело проводить аналогии, учитывая размерность. Таким образом, воксели используются для представления трёхмерных объектов:
На скриншоте можно разглядеть маленькие кубические воксели. Для хранения плотности в вокселе используется 2х байтовое число. Поэтому можно вычислить размер модели: 2 байта на плотность * количество вокселей. Некоторые воксельные рендеры, помимо сказанного, хранят в вокселе информацию для рендеринга, что требует дополнительной памяти. Практически нами было установлено, что это нецелесообразно и нужные данные выгоднее вычислять «на лету», чем хранить лишние байты.
Представление модели в памяти
Входными данными для воксельного рендера является DICOM-серия, т.е. несколько изображений, представляющих какую-либо область тела. Если изображения одной серии наложить друг на друга в той последовательности и в той плоскости, в которых они были сделаны, можно получить 3D-модель. Представить это можно как-то так:
Поскольку протоколом DICOM чётко не декларируется, в каком тэге хранится величина расстояния между изображениями в серии, приходится вычислять расстояние между изображениями по другим данным. Так, каждое изображение имеет координаты в пространстве и ориентацию. Этих данных достаточно, чтобы определить расстояние между изображениями. Таким образом имея разрешение изображения и расстояние между ними в серии, можно определить размер вокселя. Разрешение изображения по X и Y, как правило, одинаковое, т.е. пиксель имеет квадратную форму. А вот расстояние между изображениями может отличаться от этого значения. Поэтому воксель может иметь форму произвольного параллелепипеда.
Для простоты реализации и удобства работы мы делаем ресемплинг для величины плотности, используя бикубическую фильтрацию (фильтр Митчелла), и получаем кубическую форму вокселя. В случае, если размер пикселя меньше расстояния между слайсами, то мы добавляем слайсы (supersampling), а если размер пикселя больше, то убираем слайсы (downsampling). Таким образом размер пикселя становится равным расстоянию между слайсами и мы можем построить 3D-модель с кубической формой вокселя. Проще говоря, мы подгоняем расстояние между изображениями к разрешению изображения.
Полученные воксели хранятся в структуре, представляющей собой массив, оптимизированный под доступ в произвольном направлении движения, в случае отрисовки на процессоре. Массив разбит логически на параллелепипеды, хранящиеся в памяти непрерывным куском размером ~1,5кб при размере вокселя 2 байта, что позволяет поместить несколько близко расположенных параллелепипедов в кэш процессора первого уровня. Каждый параллелепипед хранит 5х9х17 вокселей. Исходя из размера такого параллелепипеда рассчитываются координаты смещений в общем массиве вокселей и сохраняются в 3 отдельные массива xOffset, yOffset, zOffset. Поэтому обращение к массиву происходит так: m + yOffset[y] + zOffset[z]]. Таким образом, начиная читать данные в параллелепипеде, мы заставляем процессор положить весь параллелепипед в кэш процессора первого уровня, что ускоряет время доступа к данным.
В случае рендеринга на GPU используется специальная трёхмерная структура в графической памяти видеокарты, называемая 3D-текстурой, доступ к вокселям в которой оптимизируется средствами видеоадаптера.
Рендеринг
Рейтрейсинг - как способ рендеринга. Перемещаемся по лучу с некоторым шагом и ищем пересечение с вокселем и на каждом шаге проводим трилинейную интерполяцию, где 8 вершин представляют середины соседних вокселей. На CPU используется окто-дерево в качестве оптимальной структуры для быстрого пропуска прозрачных вокселей. На GPU для 3D-текстуры трилинейная интерполяция выполняется автоматически средствами видеокарты. На GPU не используется окто-дерево для пропуска прозрачных пикселей, поскольку в случае 3D-текстуры иногда оказывается, что быстрее учитывать все воксели, чем тратить время на поиск и пропуск прозрачных.В качестве модели освещения используется
