Sviluppo di un ambiente software per la visualizzazione multiplanare di immagini biomedicali

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1 Università degli studi di Napoli Federico II Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Sviluppo di un ambiente software per la visualizzazione multiplanare di immagini biomedicali Candidato: Relatore: Correlatore: Fabio Foggia Ch.mo Prof. Antonio Coronato Ing. Mario Ciampi

2 Sviluppo di un ambiente software per la visualizzazione multiplanare di immagini biomedicali Obiettivi Progettazione di un ambiente software atto a visualizzare ed interagire con piani di vista diversi di una stessa immagine biomedicale Implementazione di un ambiente open source e portabile in ogni piattaforma

3 Sviluppo di un ambiente software per la visualizzazione multiplanare di immagini biomedicali Sommario Il medical imaging e la ricostruzione multiplanare (MPR) Sviluppo di un modulo software per la ricostruzione multiplanare Confronto con altri ambienti Sviluppi futuri

4 Il medical imaging e la ricostruzione multiplanare (MPR) La Ricostruzione Multiplanare (MPR) E una tecnica di visualizzazione nell ambito del Medical Imaging, che si pone come obiettivo quello di fornire all utente finale (generalmente il medico) uno strumento il più possibile affidabile e sicuro di supporto al processo diagnostico. Le differenti tecniche di visualizzazione delle immagini di uso corrente permettono la ricostruzione 3D dell'immagine da visualizzare, non consentendo tuttavia la consultazione simultanea di tutti i piani interni all'immagine.

5 Il medical imaging e la ricostruzione multiplanare (MPR) La Ricostruzione Multiplanare (MPR) L immagine 3D viene scomposta e visualizzata nei tre piani principali (assiale, sagittale, coronale). A partire dalla visualizzazione dell'immagine nei piani principali è possibile ricostruire uno qualsiasi dei piani di interesse.

6 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Architettura software Il modulo software sviluppato è basato su un architettura a componenti, altamente scalabile e performante e in grado di connettere dispositivi eterogenei Requisito essenziale della struttura modulare dell architettura è l utilizzo di librerie e strumenti open source e cross platform Per lo sviluppo del modulo di ricostruzione multiplanare si è scelto l'utilizzo delle librerie VTK e wxwidgets.

7 Sviluppo di un modulo software per l'mpr The Visualizzation ToolKit È una libreria open source di alto livello per la visualizzazione grafica e l image processing Il linguaggio base della libreria è il C++, ma è possibile costruire applicazioni anche usando Tcl, Java o Python. Contrariamente ai principi della programmazione object oriented, VTK separa i dati (data objects) dalle procedure che li elaborano (process objects)

8 Sviluppo di un modulo software per l'mpr The Visualizzation ToolKit É d uso comune nella computer grafica descrivere una scena tridimensionale mediante la metafora del set cinematografico, così anche in VTK troviamo gli oggetti Actor, Light e Camera. dataset Ha una struttura architetturale basata sui concetti di pipeline e multithreading. Property controlla l'aspetto dell'actor Mapper interfaccia actor con un dataset Actor entita' nella scena Transform controlla la posizione dell'actor Light posizione e caratteristiche di una luce Renderer renderizza la scena che puo' contenere piu' actor e piu' luci Camera controlla le impostazione della prospettiva RenderWindow finestra dell'applicativo, puo' visualizzare piu' scene RenderWindowInteractor fornisce un semplice supporto all'interazione

9 Sviluppo di un modulo software per l'mpr L interfaccia grafica E stata sviluppata utilizzando la libreria wxwidgets, un framework per linguaggio C++ atto a costruire GUI multipiattaforma Per sviluppare la GUI sono stati utilizzati tradizionali controlli, derivati dalle classi appartenenti a wxwidgets (wxframe e WxWindow) L interfaccia creata permette di selezionare assi e linee per la ricostruzione dei piani

10 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Fase di progettazione Nella progettazione del software si è seguito il design pattern Model-View-Controller mprfilter definisce le azioni inerenti la scelta del piano di vista. wxvtkinteractor definisce invece tutte le funzioni che creano interazione all'interno della scena. vtkimagedata Definisce i dati e le operazioni che possono essere eseguite sui dati wxmprfiltergui Gestisce la costruzione della GUI

11 Sviluppo di un modulo software per l'mpr L interfaccia grafica sviluppata Toolbar Nella situazione di partenza, nei tre visualizzatori sono rappresentati tre piani ortogonali tra loro. Interagendo con gli assi x ed y ed il cerchietto del visualizzatore A si ottengono piani di vista diversi in B e C. Interagendo con l asse z e col cerchietto di B si ottengono piani di vista diversi in A e C A B C I cerchietti indicano sempre lo stesso punto ma in due piani di vista differenti

12 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Operazioni: Movimento L operazione di movimento consente di visualizzare tutti i piani paralleli a quelli di partenza Muovendo in A il cerchietto si ha una traslazione dei piani in B (piano xz) e C (piano yz). Muovendo in B il cerchietto, si può avere una traslazione del piano in A (piano xy) e C (piano yz)

13 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Operazioni: Rotazione degli assi in A rotate Con questa operazione si otterranno tutti i possibili piani ortogonali al piano contenuto in A Ruotando rispetto a z i piani B e C ruotano con gli assi. Dopo una rotazione di 90 rispetto a z i piani B e C risulteranno invertiti

14 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Operazioni: Rotazione dell asse in B rotate Con questa operazione si otterranno tutti i possibili piani obliqui al piano contenuto in A Ruotando l'asse in B rispetto a y, C ruota con gli assi. Operando operazioni composite di move e rotate sugli assi, si possono ottenere tutti i piani di interesse. Ruotando l'asse in B rispetto a y, C ruota con gli assi.

15 Sviluppo di un modulo software per l'mpr Toolbar Definisce il contrasto dell'immagine nei tre piani di vista Avvicina la camera verso il piano di vista desiderato Permette di muovere l'intero contenuto di un visualizzatore Permette di ruotare l'intero contenuto di un visualizzatore Effettua lo zoom di tutti e tre i piani di vista Sono i pulsanti di interazione con gli assi. Il primo permette di effettuare l'operazione di movimento ed il secondo di rotazione La slidebar permette di scorrere le slices dell'immagine acquisita

16 Confronto con altri ambienti Software relativi all'mpr Amide : Software open source che permette l'interazione tra i piani di vista pricipali (assiale,coronale,sagittale) di un'immagine, ma non permette la visualizzazione di piani obliqui

17 Confronto con altri ambienti MRI MRIcro: Software relativi all'mpr MRIcro: Software open source e cross platform. Permette l'interazione tra piani ortogonali nonché la visualizzazione dei piani obliqui, ma ha un interfaccia grafica poco intuitiva

18 Confronto con altri ambienti Software relativi all'mpr Osirix: Software open-source che permette l'interazione tra tutti i piani di vista siano essi anche piani obliqui. Il software però è sviluppato solo su piattaforme MAC

19 Confronto con altri ambienti Software relativi all'mpr Software sviluppato: Software open-source e cross platform. Permette l'interazione tra tutti i piani di vista, siano essi anche piani obliqui.

20 Sviluppi futuri Estensioni possibili al modulo MPR Possibilità di caricare in una stessa sessione più immagini (es. una TAC e una PET) Possibilità di salvare una sessione di lavoro Fornire ultieriori facilities all'interfaccia grafica