Visualização 3D de Imagens Médicas Leonardo Marques Rocha

Introdução O que é visualização Uso da visualização “2: o ato ou processo de interpretar em termos visuais ou colocar na forma visual” – Webster’s Ninth New Collegiate Dictionary Dados [ imagens Uso da visualização Dia-a-dia Visualização científica Visualização médica

Motivação Visualização volumétrica a partir de imagens tomográficas: MRI fMRI CT Aplicações da visualização 3D em Medicina Planejamento de cirurgias Diagnostico por imagem

Objetivos Visualização médica Estudo de estruturas do cérebro através da reconstrução 3D Realimentação visual rápida Análise dos dados visualizados

Etapas de visualização Aquisição Pre-processamento Filtragem (eliminação de ruído) Segmentação Classificação Representação Estrutura de dados com acesso eficiente Rendering Estimação de normais Tonalização

Aquisição A cena original é reamostrada para corrigir distorção O voxel passa a ter dimensões isotrópicas

Pré-processamento Objetivos: Eliminar ruídos da aquisição Identificação ou delineação de objetos: segmentação Realçar ou suprimir um subconjunto de voxels na visualização

Pré-processamento Segmentação: Voxels da cena que definem um objeto Os objetos são rotulados Objeto é identificado pelo usuário Delineação manual ou automática Definição de superfície Cena rotulada

Classificação Atribuição de opacidade  aos voxels: Binária ( Î {0,1}) Nebulosa ( Î [0,1])

Cena não-classificada Classificação Mapeamento de características da cena Intensidade (brilho) Gradiente Estruturas de interesse devem ter alta opacidade Cena não-classificada Cena classificada

Reconstrução 3D Princípio de visualização: Ambiente de visualização: Simular a visão do objeto pelo observador Ambiente de visualização: Observador Fonte de luz Cena Plano de projeção Visualização do objeto: Cena pode ser rotacionada em torno da origem Luz, observador e plano de projeção são rotacionados

Modelamento geométrico Representação geométrica do voxel Pontos estruturados Problema de “dimensionalidade” Malha de triângulos Rendering da superfície Aceleração por hardware Deformação da malha

Rendering Algoritmo de simulação da trajetória de luz da fonte até o observador: Acesso eficiente aos voxels na ordem correta (visibilidade) Rotação Mrot Projeção e tonalização no plano da imagem

Representação: Estrutura de dados adequada para rendering Eficiência em tempo de rendering Eficiência no uso de memória Tempo de rendering Facilidade de acesso aos voxels do objeto Otimização de acesso (coerência espacial) Uso de memória Armazenamento somente dos voxels do objeto Estrutura compacta

Implementação OpenGL 1.2: void glTexImage3D ( GLenum target, GLint level, GLenum internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLsizei depth, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels ) Aceleração por hardware a partir dos processadores nVidia FX

Exemplos

Desafios Identificação de orgãos e tecidos Visualização interativa: Velocidade do algoritmo Acesso eficiente e coerência espacial Uso de memória Recursos limitados Qualidade de imagem Splatting x ray-casting