基于MIMICS和Matlab的虚拟内窥镜的构想

基于MIMICS和Matlab的虚拟内窥镜

虚拟内窥镜是数字医学的一个重要应用。是以内窥镜的视角穿过管道器官（胃、肠）的模型形成的类似内窥镜的图像。因为虚拟内窥镜是基于CT图像重建的无创诊断手段，所以很受重视。许多大公司，如GE、西门子都有虚拟内窥镜产品。上世纪末本世纪初，NIH在这上投了很多钱，很多大学在此期间对虚拟内窥镜展开了研究，这里是一个例子：
http://groups.csail.mit.edu/vision/medical-vision/virtual-endoscopy/

对于虚拟内窥镜的实现，可以用具有二次开发编程接口的可视化软件Amira来实现。另一个简便一些，但是不是很专业的方法，就是用MIMICS和Matlab的虚拟现实工具箱。为了做出虚拟内窥镜的效果，要解决两个问题，一个是模型的问题（管道器官的3D内表面），另一个是虚拟内窥的问题（虚拟摄像头行进的路线）。为此，MIMCS 提供了不错的接口。首先，MIMICS支持将模型以VRML2.0文件格式（wrl）导出。其次，MIMICS的MedCAD模块下有 FitCenterline功能，生成的中心线就可作为虚拟摄像机的行进路线。附图是对这个工作流程的设想。

MIMICS生成的中心线可以以文本文件导出，文本文件中包含了中心线所有点的位置和向量（位置用于确定虚拟摄像机坐标，法向量用于辅助确定虚拟设想的方向）。而通过Matlab程序阅读这种文本文件非常容易。中心线数据可以很方便地导入到Matlab矩阵中。Matlab虚拟现实工具箱中还能读入MIMICS生成的WRL格式文件。在这两个文件导入的情况下，再创建一个虚拟摄像机对象（或者虚拟汽车等等都可），然后让其按照中心线行进，就能得到虚拟内窥镜效果。即可从全局视角观察内窥镜的相对位置，又可从内窥镜视角仿真内窥。我们可以在 http://www.volvis.org/ 下载一些含有结肠的断层数据（raw格式），来尝试一下。

另外一个需要考虑到问题就是空间的匹配。中心线在MIMICS建模的空间的位置坐标和在MATLAB虚拟现实的空间的位置坐标是怎样的转换关系，必须清楚。