Wybrane zastosowania informatyki Raport końcowy

Wybrane zastosowania informatyki
WZI 2009/2010
Raport końcowy
Aplikacje do wizualizacji medycznych
Sławomir Krysztowiak ([email protected])
Bartosz Paprzycki ([email protected])
Bartosz Zieliński ([email protected])
01.06.2010 r.
Etap 1: Wymagania stawiane oprogramowaniu
Oferowane oprogramowanie powinno spełniać następujące wymagania:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Obsługa w języku angielskim i/lub polskim; dostępność samouczków/dokumentacji
Odczyt i zapis różnych formatów obrazu (DICOM, TIFF, JPEG, BMP, PNG)
Drukowanie
Obsługa różnych nośników plików (dyski, karty pamięci, płyty CD/DVD)
Etykietowanie plików (opisy, tagi)
Archiwizacja (backup)
Akwizycja obrazów z różnych źródeł (np. aparaty cyfrowe, endoskopy, kamery
cyfrowe, ultrasonograf)
Podstawowe operacje na obrazach (obrót, skalowanie, wyrównywanie histogramu,
inwersja kolorów, korekcja gamma, negatyw)
Segmentacja, klasteryzacja (region-growing, k-means)
Progowanie (Otsu, ręczne)
Statystyki (histogram, odchylenie standardowe)
Filtry (Gaussa, Sobela, medianowy)
Pseudokolorowanie
Pomiary (odległość, długość obwodu, pole powierzchni)
Operacje morfologiczne (dylacja, erozja, otwarcie, zamknięcie)
Operacje w przestrzeni częstotliwości (transformata Fouriera)
Dopasowywanie serii obrazów (registration)
Tworzenie modeli 3D na podstawie sekwencji obrazów (wolumetryczne i siatek)
Eksport modeli 3D (VRML, AC3D, 3DS)
Każda dodatkowa (niewymieniona) funkcja przetwarzania obrazów będzie zaletą
Pomoc kontekstowa
System aktualizacji oprogramowania
Etap 2: Porównanie wybranych programów
Analyze Direct (USA):
•
•
•
•
Bardzo rozbudowana aplikacja
Organizowane szkolenia obsługi aplikacji
Współpraca z Mayo Clinic
Strona domowa aplikacji: http://www.analyzedirect.com
3DSlicer (USA):
•
•
•
Powstał jako praca magisterska w Laboraturium Sztucznej Inteligencji na MIT oraz
Laboratorium Planowania Chirurgicznego w Brigham & Women's Hospital
Z aplikacji korzysta wiele ośrodków naukowych, m. in. National Institutes of Health,
National Center for Research Resources, National Institute of Biomedical Imaging
and Bioengineering, National Cancer Institute, Telemedicine & Advanced Technology
Research Center of the US Army, Harvard NeuroDiscovery Center, Georgia Institute
of Technology, Massachusetts Institute of Technology
Strona domowa aplikacji: http://www.slicer.org
2
Pakiet IRIS (Polska, Wrocław):
•
•
•
Zdobyte nagrody: Puchar Wice-Premiera Ministra Gospodarki i Pracy Jerzego
Hausnera za "Fotodynamiczną lokalizację nowotworów za pomocą spektralnej
wideokamery" oraz Nagroda Ministra Nauki i Informatyzacji Michała Kleibera
za międzynarodowe osiągnięcia wynalazcze
Z aplikacji korzysta m. in. Zakład Inżynierii Biomedycznej (Politechnika
Częstochowska), Szpital Uniwersytetu Medycznego (Warszawa), Ocetix Sp. z o.o.
(Grudziądz), Instytut Paleobiologii PAN (Warszawa), Poznański Uniwersytet
Medyczny (Poznań), SPZOZ Wojewódzki Szpital im. Dr. J. Bziela (Bydgoszcz)
Strona domowa aplikacji: http://www.medi.com.pl/produkty/programy/pakiet
3D-Doctor (USA):
•
•
•
•
Został zatwierdzony przez FDA (US Food and Drug Administration) do obrazowania
medycznego i wizualizacji 3D
Został wybrany najlepszym oprogramowaniem do trójwymiarowego obrazowania
przez Scientific Computing and Instrumentation Magazine w 2000 i 2002 roku
Z aplikacji korzysta m. in. Collegium Medicum Uniwersytetu Jagielońskiego, Biuro
Usług Informatycznych BIUINF sp.j., US Army Research Lab, MIT, Brigham Women
Hospital, Stanford Univ. Medical Center
Strona domowa aplikacji: http://www.ablesw.com/3d-doctor
Analyze Direct
3D Slicer
Pakiet IRIS
3D-Doctor
Obsługa w języku
angielskim i/lub
polskim
angielski
angielski
polski
angielski
Odczyt i zapis
różnych formatów
obrazu
TAK
TAK
TAK
TAK
Drukowanie
NIE
B/D
TAK
TAK
Obsługa różnych
nośników plików
TAK
TAK
TAK
TAK
Etykietowanie plików
TAK
B/D
B/D
TAK
Archiwizacja
NIE
NIE
TAK
NIE
NIE
endoskop,
mikroskop,
wideokolposkop,
lampa
szczelinowa,
aparat USG
skaner
skalowanie,
jasność,
kontrast,
inwersja
obrót,
skalowanie,
wyrównywanie
histogramu,
Akwizycja obrazów z
różnych źródeł
NIE
Podstawowe operacje
obrót,
obrót,
na obrazach (obrót,
skalowanie,
skalowanie,
skalowanie,
wyrównywanie wyrównywanie
wyrównywanie
histogramu,
histogramu,
3
histogramu, inwersja
kolorów, korekcja
gamma, negatyw)
inwersja,
negatyw,
użytkownika
inwersja
kolorów,
korekcja
gamma,
negatyw
kolorów,
negatyw
inwersja
kolorów,
negatyw,
wygładzanie,
usuwanie tła,
detekcja
krawędzi,
mozaika
Segmentacja,
klasteryzacja
TAK
TAK
B/D
TAK
Progowanie
TAK
TAK
TAK
TAK
Statystyki
TAK
TAK
B/D
TAK
Filtry (np. Gaussa,
Sobela, medianowy)
Gaussa,
Sobela,
medianowy i
inne
Gaussa, suma,
różnica,
medianowy,
inne
Pseudokolorowanie
NIE
NIE
TAK
TAK
Pomiary (odległość,
długość obwodu, pole
powierzchni)
TAK
B/D
TAK
TAK
Operacje
morfologiczne
TAK
TAK
TAK
NIE
Operacje w
przestrzeni
częstotliwości
TAK
NIE
TAK
NIE
Dopasowywanie serii
obrazów (registering)
TAK
TAK
NIE
TAK
NIE
wolumetryczne
Tworzenie modeli 3D
na podstawie
sekwencji obrazów wolumetryczne wolumetryczne
(wolumetryczne i
siatek)
Gaussa, Sobela,
medianowy,
medianowy,
minimum,
średnia, Sobela
maksimum,
użytkownika
Eksport modeli 3D
(VRML, AC3D, 3DS)
DXF, IGES,
VRML
VTK, VTP, STL
NIE
DXF, IGES,
STL, VRML,
3DS, Wavefront
OBJ i inne
Pomoc kontekstowa
TAK
B/D
TAK
TAK
System aktualizacji
oprogramowania
TAK
NIE
B/D
NIE
System operacyjny
Windows,
Solaris, Linux,
Macintosh
Windows,
Solaris, Linux,
Macintosh
Windows
Windows
Cena
określana
indywidualnie
licencja BSD
1605 zł (zależna
od modułów)
$4800
4
Etap 3: Opis zwycięskiego programu
Na podstawie porównania do dalszego etapu wytypowaliśmy 3D Slicer'a. Spełnia
większość postawionych wymagań i w tym względzie przegrał jedynie z 3D-Doctorem.
Jednak otwarta licencja, na jakiej oferowany jest 3D Slicer i niemożność uzyskania choćby
dema programu 3D-Doctor spowodowała, że mimo wszystko zdecydowaliśmy się na wybór
3DSlicera.
Pierwsza wersja 3D Slicera powstała jako praca magisterska w Brigham & Women's
Hospital oraz na MIT w 1998. Nowa, całkowicie przepisana wersja programu została
udostępniona w 2007. Brigham & Women's do dziś stanowi pieczę nad programem. Oprócz
tego w rozwój aplikacji zaangażowanych jest wiele instytucji medycznych i naukowych.
Główne cechy 3D Slicera:
•
•
•
•
•
•
budowa modułowa
bogata funkcjonalność (ponad 90 modułów)
otwarte źródła (licencja BSD)
wieloplatformowość
rozszerzalność (API programistyczne do tworzenia modułów)
intuicyjny interfejs
Wymagania sprzętowe:
•
•
•
zależne od wykonywanego zadania (uruchamianego modułu)
większość zadań wymaga dużej ilości pamięci RAM, ze względu na przetwarzanie
dużej ilości danych wejściowych
zalecane co najmniej 1 GB wolnego miejsca na dysku
Wybrane moduły:
1. Dopasowywanie przekrojów
o afiniczne
o b-spline
o liniowe
2. Segmentacja
o Fast Marching
o progowanie Otsu
o rozrost obszaru
3. Filtry
o arytmetyczne
o morfologiczne
o odszumianie
3D Slicer oferuje ponadto API programistyczne do tworzenia własnych modułów,
tworzonych w języku C++. Możliwe jest także wykonanie wtyczki wywołującej oddzielny
program.
5
Obsługiwane formaty obrazów:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
NRRD (.nrrd)
NRRD (.nhdr)
MetaImage (.mhd)
MetaImage (.mha)
VTK (.vtk)
Analyze (.hdr)
Analyze (.img)
Analyze (.img.gz)
BMP (.bmp, .BMP)
Brains2 (.mask)
GIPL (.gipl, .gipl.gz)
JPEG (.jpg, .jpeg, .JPG, .JPEG)
LSM (.lms, .LSM)
NifTI (.nia)
NifTI (.nii, .nii.gz)
PNG (.png, .PNG)
BioRad (.pic)
Stimulate (.spr)
TIFF (.tiff, .tif, .TIFF, .TIF)
Obsługiwane formaty modeli:
•
•
•
Poly Data (.vtk)
XML Poly Data (.vtp)
STL (.stl)
6