利用3D Slicer进行图像校正、配准、分割时有关坐标转换过程中的“坑”

济南军区总医院神经外科 王奎重

不同影像机器扫描头颅时设定参数或扫描模式不同,或者患者头部位置不正,导致扫描出的图像不是标准的与OM线平行的图像。临床中遇到最多的问题就是扫描过程中患者头歪向一边,后处理过程中需要把头部“转正”,同时在图像配准、融合及分割等操作中,都需要对原始图像坐标进行转换。通过3D Slicer强大的坐标转换功能,可以对这些图像进行校正。以前曾介绍过利用3D Slicer矫正畸变图像,可以瞬间把变形的“外星人”的头颅变回“地球人”的模样。但校正过程中仍然会遇到一些“坑”,如校正后的图像保存后再加载时还是原样,分割过程中自动又变回原始模样等。本文简单介绍对于这些“坑”的处理办法。

1.打开3D Slicer软件,载入患者图像,可以看到该患者头部严重歪向一边,矢状位和冠状位也与正常层面大相径庭。点击患者容积(volumes)模块,查看有关信息。

2.点击volume information显示有关患者图像坐标信息,可见图片矩阵(matrix)显示0或±1,此时可以点击center volume,以图像为中心。

3.第一个“坑”:点击完center volume后,可以看到右侧图像位置有所变化,细心的读者可以发现左侧image origin内的数值也发生了改变,此时该图像的坐标系已经变化,保存时若覆盖原文件则原文件已经不是原来的坐标系,即空间位置发生了变化。初学者可以不用点击center volume按钮,但点击之后的好处是后面旋转图片时以图像中心进行旋转。依次点击三个视窗左上角的靶心按钮,把图像放在视图中央。

4.若要把头部转正,点击transform按钮。

5.新建一个坐标系。

6.选择图像,点击向右箭头(→),把该图像拉到新坐标系内。

7.调节rotation框中头脚(IS)位滑动块,可以看到头部位置变正。

8.同样,调整前后(PA)位滑动块,把冠状位视图中的头颅摆平。

9.第二个“坑”:此时图像位置满意了,要注意保存数据,但不要高兴太早,此时保存该图像数据时坐标系依然没有变化。需要最重要的一步,选中该数据,点击“harden transform”,此时再保存数据,该数据的坐标系就是转换后的坐标系。“harden transform”不知道怎么翻译合适,我的理解是“使该转换固化”,即把原图像坐标系确定改成新的坐标系且不再改变,此步骤若点击向左箭头(←),则图像还回到原来坐标系,位置不会变化。

10.此时再点击容积按钮,显示图像信息。

11.可以看到矩阵(matrix)内的数据发生了改变,不再显示0或±1。校正后的图像别忘记保存哦,否则前功尽弃。

12.保存对话框内弹出三个文件,第一个mrml结尾的场景文件,可以不用保存,第三个h5结尾的是坐标系转换文件,对于配准过程中电脑自动生成的坐标系文件可能有用,本文中图像旋转或平移过程中有其它按钮归零现象,且直接修改transform中的matrix数据精确度不够,保存了意义也不大。主要保存第二个文件,如果不想覆盖原始文件,可以重新命名。

13.若想对校正后的文件进行画图描记或面重建,点击editor按钮。

14.我想用画笔描记一下病变位置,以便重建,点击painteffect按钮。

15.第三个“坑”:可以看到患者头部又偏了。细心的读者可能会发现视窗内显示患者图像不是轴位(axial),而是reformat,点击下拉箭头。

16.点击弹出菜单中的Axial按钮。

17.可见图像又显示转换后的轴位,同样点击其它两个视窗左上角按钮,使之变成矢状位和冠状位。

18.再描记图像时,“坑”又出来了,患者图像又自动偏了,此时有的小伙伴们可能已经被折腾发疯,关掉软件不玩了。解决办法有两个:可以用另外一个画图模块(segment editor)处理,或者再次点击axial按钮,使之回到轴位。

19.此时再在轴位上进行画笔描记。

20.“坑”又来了,可见描记出的是一些不连续的图像。

21.而转换后“扶正”的图像通过阈值法描记病变或兴趣结构时位置不会改变。

22.通过其它画笔描记时“坑”又来了。出现这种情况的主要原因考虑是经过图像转换(如刚性变换,仿射变换)后,显示描记的图像是以原始图像为模板,这也许就是屡次软件自动转为原始图像的原因,但即便在电脑自动转变的”原始图像”上描记,“原始图像”所在的坐标系依然是转换后的新的坐标系,故不影响重建出的三维图像在新坐标系中的坐标,这可以通过二维图像在3D视图中的位置来验证。

通过3D Slicer强大的坐标转换功能,可以实现图像位置及形态转换,但要注意使用过程中的这些“坑”。在CT及MRI图像的配准或融合过程中,同样也会遇到相似问题,解决方法与以上类似,这里不再赘述。为了避免跳入这些坑中出不来,也可以使用分割编辑(segement editor)模块功能或使用更新版本的软件,但最重要的还是对软件的转换(transform)功能不仅要知其然,还要知其所以然,具体原理参照有关教材和文献。

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