Método mejorado para crear un modelo 3D desde una imagen DICOM 2D.
Introducción
El procesamiento de imágenes digitales es un campo de investigación bastante buscado en el área de ciencias de la computación. Esto se realiza principalmente usando algoritmos directamente sobre las imágenes digitales, para poder tratar con el problema del análisis y mejorar de la calidad de imagen.
El modelado geométrico es una técnica de matemáticas y computación geométrica encargada de estudiar los métodos y algoritmos para la descripción de las formas. La combinación de este con otras aplicaciones gráficas de las computadoras, ayuda a obtener un modelo óptimo para reconstruir, renderizar y visualizar objetos en 3D.
En el campo del procesamiento de imágenes médicas, el problema es cómo poder ver y analizar claramente las imágenes dentro del cuerpo humano. Esto es muy importante y necesario para tener un cuidado de la salud regular y periódico. Debido a esto existen diversas aplicaciones que apoyan al médico y su equipo, en el diagnóstico y en la toma de decisiones. Para ello, se utiliza la combinación del procesamiento de imágenes médicas y los gráficos de la computadora. A pesar de la existencia de métodos para construir imágenes médicas en 3D a partir de 2D, aún existen algunos inconvenientes.
Por lo anterior, se realizó una aplicación para renderizar y visualizar imágenes DICOM, donde se pueden apreciar tanto cortes en 2D, como su modelo en 3D. Sin embargo, el principal obstáculo de esta aplicación son los tiempos de procesamiento y creación del modelo 3D.
Metodología
Lo primero que se realizó, fue seleccionar los datos de entrada los cuales fueron un conjunto de imágenes DICOM. Una vez obtenidas las imágenes 2D, se procede a procesar la imagen con las técnicas de combinación de imágenes y geometría computacional, de esta manera, se consigue el límite de la figura. Ya que se realizó todo esto, se procede a quitar el ruido de las imágenes mediante procesamiento digital.
El siguiente paso, es insertar píxeles nuevos en los límites de la figura, para que quede un límite regular. A continuación, se procede a combinar todos los cortes en 2D para poder obtener una nube de puntos en 3D. Con esto se facilita la creación de un objeto en 3D.
El último paso, es realizar una triangulación de un objeto 3D para renderizar y visualizar las diferentes entidades médicas. En este paso también se procede a remover todos los puntos que contengan ruido que se encuentren dentro de la figura.
Para crear la aplicación, se hizo uso del lenguaje de programación C++ y en combinación con las librerías VTK y algunos algoritmos ya existentes, se pudo reconstruir el objeto en 3D. Asimismo, la interfase de la aplicación se diseñó de una manera que fuera fácil de entender, interpretar y manipular. Los datos de entrada fueron imágenes DICOM que se encontraron en la web.
Resultados
Se procedió a realizar la aplicación donde se visualizarían los objetos 3D que se obtuvieron a partir de las imágenes DICOM. La aplicación permite cargar una serie de imágenes y cortes DICOM para que se pueda ajustar el color y se pueda seleccionar un algoritmo de los existentes en la lista para poder crear y visualizar los modelos 2D y 3D.
Por un lado, los cortes e imágenes en 2D se pueden observar con varios cortes al mismo tiempo. Por otro lado, los objetos en 3D se construyeron correctamente a partir de datos DICOM y además de que muestran idóneamente, se pueden manipular transformando su estatus.
La figura final se creó a base de 256 segmentos de datos DICOM usando los métodos propuestos y el algoritmo de cubo. En lo que corresponde a la medición del tiempo de procesamiento entre los métodos, se realizaron tres mediciones y se sacó el promedio del tiempo, por lo que los resultados fueron los siguientes:
- Brain Head con 233 segmentos: 4357 ms
- Sheep Heart con 256 fragmentos: 5297 ms
- Marching man con 93 ragmentos: 956 ms
- Breast con 88 fragmentos: 674 ms
- Head shoulder con 137 fragmentos: 621 ms
El algoritmo provee imágenes en alta calidad, con extensión flexible y una fácil implementación, las formas de los objetos en 3D se preservan, los tiempos de procesamientos son rápidos y se pueden hacer modificaciones de manera flexible.
Conclusión
Se implementó una aplicación para la visualización de imágenes médicas de tal manera que se logró cumplir con los objetivos propuestos para aplicación, los cuales fueron disminuir los tiempos de procedimiento, una recreación fiel de un objeto 3D a base de fragmentos de datos DICOM y de imágenes 2D y que su uso fuera fácil de entender y manipular. Asimismo, se utilizarán los puntos débiles y fuertes de los diferentes algoritmos y sus limitaciones.
Traducido y adaptado de: Nguyen, V. Tran, M. Vu, H. (2018) An improved method for building a 3D model from 2D DICOM. [PDF] Recuperado y traducido de: https://ieeexplore-ieee-org.udlap.idm.oclc.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8589499
