1 / 20

Medische Datavisualisatie Van 3D scans naar beelden

Medische Datavisualisatie Van 3D scans naar beelden. prof. dr. Alex Telea. Department of Mathematics and Computer Science University of Groningen, the Netherlands. www.cs.rug.nl/svcg. Medische visualisatie: overzicht. patiënt in scanner. 3D scandata. 3D beeld. Doel.

rachelle-roy
Download Presentation

Medische Datavisualisatie Van 3D scans naar beelden

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. MedischeDatavisualisatieVan 3D scans naarbeelden prof. dr. Alex Telea Department of Mathematics and Computer Science University of Groningen, the Netherlands www.cs.rug.nl/svcg

  2. Medische visualisatie: overzicht patiënt in scanner 3D scandata 3D beeld Doel • gegeven een patiënt, produceer een realistisch 3D beeld van de weefsels erin • beeld kan gebruikt worden voor diagnose, pre-operatieve planning, … • beeldvorming: 2-stappenproces • acquisitie van de 3D scan zelf met behulp van een scanner (scanning) • Constructie van het 3D beeld vanuit de 3D scan (visualisatie) www.cs.rug.nl/svcg

  3. Scanningstechniek patiënt in scanner 3D scandata 3D beeld Doel • gegeven een patiënt, produceer een realistisch 3D beeld van de weefsels erin • beeld kan gebruikt worden voor diagnose, pre-operatieve planning, … • beeldvorming: 2-stappenproces • acquisitie van de 3D scan zelf met behulp van een scanner (scanning) • Constructie van het 3D beeld vanuit de 3D scan (visualisatie) www.cs.rug.nl/svcg

  4. Toepassingen: Forensische studies 2D X-ray (Röntgen) foto 3D scan visualisatie • beide beelden laten fracturen van botstructuur zien • 2D beeld: minder goed zichtbaar, relatieve positie van botten hard te begrijpen • 3D beeld: details goed te zien en plaatsen in de context • nuttig bij posttraumatische analyses www.cs.rug.nl/svcg

  5. Toepassingen: Preoperatieve planning 2D X-ray foto (voor operatie) 3D beeld (voor operatie) 3D beeld (na operatie, met metaalstaaf) • Helpt chirurgen in het • herkennen van het type trauma • bepalen van de exacte plek van interventie • minimaliseren van de interventieomvang en duur www.cs.rug.nl/svcg

  6. Toepassingen: Neurochirurgie hersenscan met tumor (in blauw) hersenscan met tumor (rood) en slagaderen (blauw) hersenscan met tumor (blauw) en zenuwbanen • Helpt chirurgen in het • herkennen van de exacte locatie van de tumor • plannen van de chirurgie zodat belangrijke hersenstructuren vermeden worden www.cs.rug.nl/svcg

  7. Toepassingen: Functionele hersenstudie hersenactivatie gebieden testpersoon in scanner doet een activiteit (bvb tekst lezen) • helpt neurowetenschappers in het • Bepalen van welke hersenregio’s verantwoordelijk zijn voor bepaalde activiteiten • Beter begrijpen van de werking van de hersenen www.cs.rug.nl/svcg

  8. Toepassingen: Anatomie hart zenuwbanen (echt beeld) zenuwbanen (3D scan) schouder (botstructuur) zenuwbanen (illustratief beeld) • helpt geneeskundestudenten in het • beter begrijpen van de (menselijke) anatomie www.cs.rug.nl/svcg

  9. Toepassingen: For fun 3D full-body scan 3D scan van een plant • helpt informatica-onderzoekers in het verder ontwikkelen van betere visualisatiealgorithmes www.cs.rug.nl/svcg

  10. Scanningstechniek – 2D X-ray bron fotoplaat straling oud X-ray apparaat eerste X-ray foto (1985) X-ray acquisitie (1945) • X-ray (Röntgen) fotografie • X-ray bron geplaatst achter patiënt • fotogevoelig plaat geplaatsr voor patiënt • plaat registreert, op elk punt, de weefseldichtheid langs de straal die dat punt raakt • lage dichtheid (bvb lucht): plaat wordt wit • hoge dichtheid (bvb botten): plaat wordt zwart • Produceert 2D beelden van weefselstructuur www.cs.rug.nl/svcg

  11. Scanningstechniek - 3D 3D scanner 2D plakken (slices) 3D scan volume • 3D scanning (Computer Tomography – CT) • X-ray bron draait om patiënt heen • meerdere (100..500) plaatjes opgenomen vanuit verschillende hoeken • Plaatjes worden geassembleerd in een 3D scan volume (kubus) • Waarden in de 3D scan • laag: lage weefseldichtheid • hoog: hoge weefseldichtheid Hoe kunnen we dit 3D volume visualiseren? www.cs.rug.nl/svcg

  12. Simpele transparantie • teken elk 2D plakje in de 3D scanvolume (van achteren naar voren) • maak de plakjes transparant op basis van de data • Lage waarden = lage dichtheid = hoge transparantie • Hoge waarden – hoge dichtheid = lage transparantie zwart-wit visualisatie (lage waarden = zwart + transparant, hoge waarden = wit + ondoorzichtig) gebruik ook kleur (lage waarden = blauw, hoge waarden = rood) Resultaten niet makkelijk te interpreteren www.cs.rug.nl/svcg

  13. Volumevisualisatie • neem elk pixel p van het scherm • trek een straal (lijn) loodrecht op het scherm door de datavolume D • meet de datawaarden op elk punt langs de straal in de volume • converteer elke waarde tot een kleur en een transparantie • tel de kleuren en transparanties op • Teken de resulterende kleur op de pixel p • produceert heel realistische resultaten • de ‘kunst’ is om de conversie van waarden naar kleuren en transparantiegoed te doen (!) www.cs.rug.nl/svcg

  14. Van waarden naar kleuren+transparantie • Eerstevoorbeeld: Hardeweefsels • Berekenmaximumwaardewlangs de straal • Tekenw met grijswaarden • w is laag: zwart • w is hoog: wit • Hoofd CT visualisatie • wit= lage dichtheid (lucht) • zwart = hoge dichtheid (bot) • Grijs = andere weefsels • Goed, maar geen 3D gevoel • (schaduwen, diepte, …) www.cs.rug.nl/svcg

  15. Van waarden naar kleur+transparantie • Tweede voorbeeld: X-ray simulatie • Bereken gemiddelde waarde langs een straal • Teken deze met grijswaarden (laag=zwart+transparant, hoog=wit+ondoorzichtig) • Hetzelfde als een X-ray! • Minder contrast dan bij de hard-weefsel instellingen… Gemiddelde dichtheid Hard weefsel Diffusion tensor: measured by a technique called DT-MRI (diffusion tensor magnetic resonance imaging)

  16. Van waarden naar kleur+transparantie • Derdevoorbeeld: Oppervlakken • kieseenwaardew van interesse (bvb: dichtheid van bot) • loop over de waardenulangselkestraal • alsu=w, teken met eengegevenkleur, zondertransparantie • anders, tekenniets (transparantie=maximaal) • Toont het oppervlakvan weefsel met dichtheidw Botstructuur Hart + bloedvaten

  17. Belichting • voegt extra realisme toe aan de visualisatie • 3D dieptebeterteonderscheiden zonder belichting met belichting (1) met belichting (2) www.cs.rug.nl/svcg

  18. Van waarden naar kleur+transparantie • Gebruiker ‘tekent’ een grafiek van een functie y=f(x) • x as: kleurenwaarden voor bepaalde dichtheidswaarden (van laag naar hoog) • y as: transparantiewaarden (van volledig transparant naar ondoorzichtig) ontransparant kleuren transparant lage waarden hoge waarden kleuren+transparantiegrafiek resultaat

  19. Voorbeelden 3D volumevisualisatie toepasbaar ook buiten medisch gebied • Elektrisch veld dichteid in molecuul • Autoonderdeel • Plant • Vis (d) (c) www.cs.rug.nl/svcg

  20. Software • 3D volumevisualisatie is heel rekenintensief! • versnelling door middel van moderne (programmeerbare) grafische kaarten • gebruikers kunnen visualisaties assembleren van voorgemaakte ‘componenten’ • visueel programmeren • eenvoudig te gebruiken zelfs door de non-experts MeVisLabvisualisatie-tool (www.mevislab.de) • visueelprogrammeren • professioneleresultaten • open-source • Windows, Linux, Mac OS X • Wordtgedemonstreerd in depraktischesessie Bedankt voor jullie interesse! www.cs.rug.nl/svcg

More Related