中医运用三维软件的可行性

一般CT影像對醫生來說最大的用途就是協助診斷。對生醫領域的研究來說,CT影像的利用則可分為前段及後段。前段的主題是要如何從CT影像轉換成三維模型,也就是以醫學影像為基礎的三維模型重建;後段則是利用此模型所進行的分析及設計。Bioeyes目前主要的貢獻是在前段的部分,做為連結醫學及生醫相關設計領域的第一站。將來會逐步朝向後段的需求做進一步的功能開發。



Bioeyes為我們自行開發的軟體,在三維顯示方面足以與國外發展的軟體相比較,且可針對國內醫師的個別需求持續發展。

核心功能

Bioeyes的目的在於Dicom影像的二維及三維顯示,以及重建出影像中的各種組織。三維顯示為Bioeyes的主要特色之一,三維的生醫影像顯示及操作環境帶給使用者很大的便利性,可觀察包括骨組織、血管組織及一些器官的三維成像。重建組織這個主題可以分成兩個部分,一個是骨組織的擷取,另一個則是如何將擷取出的組織由影像轉換成常見的三維資訊-網格模型,此網格模型資料可提供至CAD電腦輔助設計軟體,進行進一步的幾何分析或產品設計時使用。Bioeyes的核心功能如下:




受限於顯示器及電腦運算效能,一般常見的醫學影像軟體(如Amira,3D Doctor等)大多僅提供二維的操作環境。從二維的操作介面進行三維重建最大的問題就是無法預覽三維重建後的模型;因二維影像能提供的是單一切層的資訊,若要檢查擷取的結果,使用者僅能分別瀏覽各切層並從二維影像中推估此擷取組織在三維的外型。這是非常不直觀的做法,本研究在操作介面方面可提供快速三維即時顯示及操作平台,並提供擷取後組織的即時三維瀏覽機制,以增加操作的便利及直觀性,同時減少重建後模型的錯誤。



各種顯示模式


擷取後組織直接顯示


由於CT的灰階值是以絕對值定義,因此單純的二値化就可以區分出屬於骨組織的像素點。這些像素資料最大的問題就是沒有拓樸關係,Bioeyes在骨組織擷取的主要目的之一就是以一個半自動的流程,得到各個獨立骨組織像素點的拓樸關係;並利用三維顯示的介面來輔助骨組織擷取及分離的操作,以便達到快速且正確的骨組織分離結果,以便後續網格化之進行。



分離並擷取各脊椎骨


正確分離骨組織之後。下一步就是要將分離後的骨組織重建成網格;在眾多重建演算法中,Bioeyes 選用目前最成熟的重建演算法:Marching cubes。除了依照文獻自行開發出該演算法之外。並自行改良演算法的內容,使Bioeyes重建出之網格無論在拓樸及精度上都是最正確的;並搭配一些簡化及平滑化的演算法,讓後續網格的使用更加容易。

頸椎骨之網格模型


除了一般常見的二維量測之外,Bioeyes利用其特有的三維顯示介面可進行三維的量測。量測資訊除了包含直線長度、夾角、圓半徑等基本量測工具之外,尚能夠於三維介面中設定任意曲線並量測其長度。

任意曲線量測