تبدیل فایل dicom به هندسه سه بعدی با استفاده از متمتیکا

تبدیل فایل dicom به هندسه سه بعدی با استفاده از متمتیکا

 این مقاله به معرفی یک سیستم جامع پردازش تصاویر DICOM سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار ولفرم متمتیکا می‌پردازد. سیستم طراحی شده قادر است با بهره‌گیری از قابلیت‌های پیشرفته محاسباتی این پلتفرم، مجموعه کاملی از پردازش‌ها و تبدیل‌های مورد نیاز در پژوهش‌های پرتوشناسی را به صورت خودکار انجام دهد. راه‌حل ارائه شده نه تنها امکان مشاهده و تحلیل تصاویر DICOM را فراهم می‌کند، بلکه خروجی‌های متنوعی در قالب‌های استاندارد برای استفاده در سایر نرم‌افزارهای تخصصی تولید می‌نماید.

مقدمه

تصاویر DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) استاندارد جهانی برای ذخیره‌سازی و تبادل تصاویر پزشکی محسوب می‌شوند. با پیشرفت فناوری‌های تصویربرداری پزشکی، حجم و پیچیدگی این داده‌ها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این امر نیاز به ابزارهای پردازشی قدرتمندی دارد که بتوانند تحلیل‌های پیشرفته را روی داده‌های سه‌بعدی انجام دهند. ولفرم متمتیکا به عنوان یک پلتفرم محاسباتی فنی پیشرفته، محیطی ایده‌آل برای توسعه چنین ابزارهایی فراهم می‌کند.

روش‌شناسی

معماری سیستم

سیستم طراحی شده از چند ماژول اصلی تشکیل شده است:

1. ماژول ورودی: خواندن فایل‌های DICOM از مسیر مشخص

2. ماژول پیش‌پردازش: ایجاد ساختارهای دایرکتوری مورد نیاز

3. ماژول پردازش تصویر: تولید نمایش سه‌بعدی و برش‌های مختلف

4. ماژول تولید خروجی: خروجی‌های متنوع در قالب‌های گوناگون

5. ماژول تحلیل آماری: استخراج آماره‌های توصیفی از داده‌ها

الگوریتم‌های کلیدی

(* پردازش تصویر سه‌بعدی *)
img3D = Image3D[A];

(* تولید پروجکشن‌های مختلف *)
maxProjection = Image3DProjection[A, "MaxIntensity"];
minProjection = Image3DProjection[A, "MinIntensity"];
meanProjection = Image3DProjection[A, "MeanIntensity"];

(* استخراج آماره‌های آماری *)
stats = {
    {"Mean", Mean[Flatten[A]]},
    {"StdDev", StandardDeviation[Flatten[A]]},
    {"Min", Min[Flatten[A]]},
    {"Max", Max[Flatten[A]]},
    {"Dimensions", Dimensions[A]}
};

نتایج و کاربردها

خروجی‌های تولید شده

سیستم طراحی شده قادر به تولید انواع خروجی‌ها است:

1. تصاویر سه‌بعدی با کیفیت بالا در قالب‌های PNG، JPG، TIFF

2. انیمیشن‌های چرخش برای نمایش پویای ساختارهای آناتومیک

3. داده‌های خام در قالب CSV و MAT برای تحلیل‌های بعدی

4. برش‌های صفحه‌ای در سه جهت مختلف

5. پروجکشن‌های شدت برای تحلیل‌های کمی

6. فایل‌های حجمی در قالب VTK و STL

کاربردهای بالینی و پژوهشی

• پژوهش‌های پرتوشناسی: تحلیل کمی تصاویر پزشکی

• آموزش پزشکی: تولید محتوای آموزشی تعاملی

• برنامه‌ریزی جراحی: تهیه مدل‌های سه‌بعدی از ساختارهای آناتومیک

• پژوهش‌های کلینیکی: پیگیری تغییرات در طول زمان

مزایای سیستم

1. یکپارچگی: تمام مراحل پردازش در یک محیط واحد

2. انعطاف‌پذیری: قابلیت تنظیم پارامترهای مختلف پردازشی

3. کاربری آسان: واسط کاربری ساده و قابل درک

4. قابلیت توسعه: امکان افزودن ماژول‌های جدید

5. سازگاری: خروجی‌های compatible با نرم‌افزارهای تخصصی

بحث و نتیجه‌گیری

سیستم پردازش تصاویر DICOM ارائه شده در این مقاله، نشان‌دهنده قدرت و انعطاف‌پذیری ولفرم متمتیکا در پردازش داده‌های پزشکی است. این راه‌حل جامع می‌تواند به عنوان یک ابزار ارزشمند در پژوهش‌های پرتوشناسی و کاربردهای بالینی مورد استفاده قرار گیرد.

قابلیت تولید خودکار انواع خروجی‌ها، پژوهشگران را قادر می‌سازد تا تمرکز خود را بر روی تحلیل نتایج معطوف کنند، نه پیاده‌سازی الگوریتم‌های پردازشی پایه. این امر سرعت انجام پژوهش‌ها را افزایش داده و امکان تکرارپذیری نتایج را فراهم می‌آورد.

آینده‌نگاری

توسعه‌های آتی این سیستم می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• افزودن الگوریتم‌های segmentation پیشرفته

• یکپارچه‌سازی یادگیری ماشین برای تحلیل خودکار تصاویر

• توسعه واسط کاربری گرافیکی تعاملی

• افزودن پشتیبانی از پردازش دسته‌ای فایل‌ها

• یکپارچه‌سازی با سیستم‌های PACS

فانتوم سه بعدی ساخته شده از فایل dicom در شکل نشان داده شده است.

 دانلود نسخه tiff از نمونه تصویر ساخته شده