3D Slicer在肾肿瘤中的应用

作者赵伟 聊城市人民医院泌尿外科

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3D Slicer在肾肿瘤中的应用

3D Slicer在肾肿瘤中的应用

前言


对于一名泌尿外科医生,常需要将患者的影像资料进行三维重建,这不仅可以更形象、更直观的了解病变的解剖关系、结石位置,而且还可用于术前的手术规划、术前与患者谈话等。

可不可以不借助CT工作站,在自己的电脑上对影像进行三维重建呢?答案是肯定的,这就是3D Slicer软件,我第一次接触是在2013年,苦于当时全英文的界面、复杂的操作,没有继续学习。近期再次关注3DSlicer,惊喜的发现在我国神经外科领域已经被广泛关注,并开展了丰富的临床应用,而且推出了中文版(3DSlicer中国社区:www.slicercn.com)。

现将我的一点学习心得分享给大家,抛砖引玉,希望共同推进3DSlicer在泌尿外科的应用。

3D Slicer在肾肿瘤中的应用

3DSlicer概述


3DSlicer是免费、开源的三维可视化医学图像处理、信息分析软件,由美国国立卫生研究院和全球开发者社区支持研发,至今已有10余年历史,而且还在不断更新中。最新版本引入了近1,000项增强功能和错误修复,以获得更好的性能和稳定性。 它包括百余个模块用于处理从头到脚的各种医学图像,不仅可以处理CT、MRI、DSA、PET,超声等图像,还可以处理带有时间轴信息的4D影像。

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软件可以从官网(www.slicer.org)免费下载,支持64位Windows、Linux、Mac OS等系统,目前不支持平板及手机。3D Slicer默认安装在C盘,不要更改为中文目录,否则导致软件无法运行。软件不能读取中文目录下的文件,同时文件命名也不能包含中文。

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3DSlicer安装成功后界面如下,部分功能依赖于扩展模块(插件),可以在扩展模块管理器(Extensions Manager)中进行安装。

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进入扩展模块管理器中选择并安装“SegmentEditorExtraEffects”模块。

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肾脏CTA数据导入


3D Slicer支持导入的数据有Dicom、nrrd、nii等,也支持jpeg、png等图像文件格式。下面我们以导入肾脏CTA的Dicom数据为例进行讲解。

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将包含CTA数据的文件夹拖入到软件界面,弹出窗口选择默认设置,直接点击“OK”。示例为左肾肿瘤的CTA数据,伴有下腔静脉发育异常、下腔静脉与腹主动脉在肾门水平转位。

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数据导入成功后,点击软件左上角的“DCM”图标,在弹出的窗口中选中相应患者,多组数据中单击选择动脉期薄层扫描数据(0.625mm),之后点击载入(Load)按钮。

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数据导入成功后可在切片视窗中见到水平位、矢状位和冠状位图像,需要说明的是导入的是水平位图像,矢状位及冠状位图像是由软件自动重建的。

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获取肾脏数据(Volume


目的:从导入的CT中分割我们感兴趣的部位,以方便后面的三维重建。这里我们想要获取肾脏、肿瘤及血管等数据,可应用的方法很多,各有优缺点,有时需要联合几种方法,具体方法请关注公众号SlicerCN。下面以其中一种比较简单、通用的方法进行说明。首先进入“Segment Editor”模块。

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视窗界面选取红色切片视图(Red slicer only),水平位、矢状位、冠状位分别以Red、Yellow、Green表示。

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选取合适大小的球形笔刷工具,对肾脏及肾脏血管进行描绘操作,可配合橡皮擦工具擦除多余的染色。此步需要花费一点时间,但无需精确的把兴趣区域标注。

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利用Mask Volume工具,选取Fill Outside选项,重建肾脏及血管Volume。

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用剪刀工具剪除多余的组织。此步骤对电脑配置要求比较高,且容易出现假死机。最新4.9.0版本的3DSlicer软件对此算法进行了优化,加快了处理速度。

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如下图所示为进行分割操作后的肾脏及血管。

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点击左上角的Save图标,保存生成的肾脏Volume为Volume.nrrd文件。为了加快运算速度,先关闭场景,快捷键为Ctrl+W。

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将Volume.nrrd拖入到软件界面或者通过Data菜单载入,进入到Volume Rendering模块中,按下图步骤操作。

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选中不同的预设,调节Shift滑块可以显示不同特征及透明度的图像。

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标注不同组织


点选关闭“VolumeRendering”模块中的眼睛图标,取消3D视窗的VR显示。在Segment Editor模块中利用阈值法,选取“红色”对血管进行建模操作。

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点击Add增加“蓝色”,用笔刷工具标记静脉,选项可编辑区域设置为“Outside all segments”。

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依次增加用于描绘感兴趣组织的颜色,并用笔刷工具逐一对肾脏、肿瘤等进行描绘。

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生成并设置三维图像


点击“Show 3D”按钮,即可在3D视窗中生成三维图像,点击“Segmentations”进入分割模块可对三维图像进行各种设置。

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设置三维图像是否显示及调节透明度,同时可在三维视窗中对生成的图像进行旋转,缩放等操作。

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生成三维图像


生成的三维图像可以在Annotation Screenshot中进行保存。

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分割之后的数据在VR中显示

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可以进行标记,制作PPT,用于教学或与家属谈话等。

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还可以录制成动画

动画请关注微信公众号:SlicerCN查看,文末附二维码。

展望


随着3D打印、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)及机器人等技术的快速发展,基于医学影像的术前规划、术前虚拟演练,影像引导治疗(Image-Guidedtherapy, IGT)与外科手术导航(Image-Guidedsurgery,IGS)相结合,已逐渐成为外科发展趋势,术前对医学影像的处理如三维重建,是必备的一个步骤。

以上对肾脏、肾血管、肾上腺及肿瘤的三维重建,只是3D Slicer软件在泌尿外科非常简单的应用,希望对3D Slice软件感兴趣的泌尿外科同道相互交流,共同促进3DSlice在泌尿外科的应用。

作者微信号:sxfyzh


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致谢


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编辑校对


束旭俊:解放军第82医院 神经外科

曹玉福:鹤岗市人民医院 神经外科

学习交流


3DSlicer中国社区目前为国内最大的3DSlicer学习平台,学习人员以神经外科、泌尿、呼吸、心内、消化、神内、影像、放射等医生为主,也有工程师、生物医学、数学、计算机、虚拟现实、VR等相关专业人员关注。文章中所述的操作步骤的详细教程可以参照3DSlicer社区微信公众号和3DSlicer中国社区、3DSlicer中文论坛网站的相关文章。

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