La scène
Un concept central: la scène
En tant qu'application de visualisation, 3D Slicer fournit des représentations graphiques de données spécifiques au patient dans une interface graphique. Ces données spécifiques au patient sont fournies par un certain nombre de modalités d'imagerie médicale, à différentes échelles spatiales et temporelles. Le 3D Slicer se concentre sur les modalités des possibilités volumétriques, telles que la tomodensitométrie, l'IRM et la TEP, en raison de leur pertinence clinique, mais il est également possible d'intégrer des signaux 1D et 2D, en plus de la 3D, ainsi que les variations de ces images dans le temps (tant en temps réel que dans le temps).
3D Slicer étant largement basé sur le Visualization Toolkit (VTK), il est recommandé de lire le manuel [Visualization Toolkit: An Object-Oriented Approach to 3D Graphics], 4e édition, également connu sous le nom de VTK Textbook. Ceci est le guide de référence officiel du VTK.
Les systèmes de coordonnées
En visualisation et en graphisme, la scène se compose d'un monde virtuel dans lequel les objets (parfois appelés acteurs), les lumières et les caméras fournissent des représentations à présenter à l'utilisateur.
Coordonnées du modèle
Chacun des différents modèles qui feront partie de la scène a son propre système de coordonnées. Ces " systèmes de coordonnées de modèle " sont dépendants de l'objet et ont leur propre axe de coordonnées : l'origine de ces axes et aussi leur orientation peuvent différer car ils dépendent de la manière dont les données de cet objet sont capturées. Les systèmes de coordonnées de modèle peuvent être 3D ou 2D.
Comme on peut le voir dans <Figure 1 il y a 4 types d'objets différents: OBJET #1: une sphère, avec l'origine des coordonnées placées au centre même de la sphère. OBJET #2: un cube, dont l'origine ou les coordonnées sont placées dans un des coins. OBJET #3: un cube aussi, avec l'origine des coordonnées placées dans un angle différent et aussi une orientation d'axe différente. OBJET #4: un objet 2D, avec une coordonnée X et Y
Maintenant, tous ces 4 éléments/objets doivent avoir leurs systèmes de coordonnées unifiés pour être affichés de façon cohérente ensemble, ce qui nous mène à l'étape suivante.
Types d'objets
Voici une classification approximative des différents types d'objets trouvés sur les lieux:
- Acteurs: les éléments à montrer. Dans notre cas particulier (image médicale), ces acteurs proviennent de différentes sources de données telles que tomodensitométrie, IRM, ultrasons, rayons X, etc.....
- Lumières: sources lumineuses qui interagissent avec les acteurs et leur permettent d'être vues
- Caméras: dispositifs virtuels qui définissent ce qui sera affiché à l'écran
Gardez à l'esprit qu'il peut y avoir autant d'objets que nécessaire, mais au moins il doit y en avoir un de chaque type pour construire une scène.
Coordonnées du monde (World coordinates)
Le monde établit un système de référence en base auquel les acteurs, lumières et caméras ils sont positionnés.
Dans Figure 2 sont les mêmes 4 objets de l'étape précédente, définis dans le même système de coordonnées (axes représentés en noir), le' monde. Notez que maintenant l'origine du système de coordonnées, le point (0.0,0) et l'orientation de l'axe ne coïncident plus avec aucun des systèmes de coordonnées que les objets avaient, puisque ce système de coordonnées du "monde" est commun à tous. Dans cet exemple, l'objet #4, affiché en violet, était un objet 2D qui est maintenant placé dans un système de coordonnées 3D.
La configuration de la scène est complétée par l'ajout d'une source de lumière et d'une caméra, toutes référencées dans le système de coordonnées du monde, comme vous pouvez le voir dans Figure 3
Transformations connexes relie les caméras, les objets et les composants d'objets au système de référence mondial. Il s'agit de séquences de traduction, de rotations et de changements d'échelle, qui peuvent être représentés par des coordonnées homogènes à l'aide de matrices 4x4. Les projections en perspective et les projections orthographiques à partir de l'espace 3D sur le plan image des caméras de vision peuvent également être représentées par des matrices 4x4 (ou 4x3). En fait, ce sont tous des cas de transformations projectives, qui peuvent être représentés par ces matrices 4x4. En effet, tous les éléments du monde virtuel sont représentés par rapport au système de référence du monde par des séquences de transformation matricielle 4x4, éventuellement hiérarchisées (par exemple: représenter des composants d'objets internes). Pour plus d'informations sur les transformations de coordonnées, voir [pdf ici].
Système RAS
Dans notre cas spécifique, nous ne travaillerons pas avec des éléments abstraits tels que sphères, cubes ou carrés; nous travaillerons avec des données volumétriques collectées avec différents scanners et dispositifs médicaux.
Les systèmes de coordonnées utilisés, lorsqu'ils sont appliqués aux corps humains, sont les RAS. Ce terme est un acronyme pour le nom de l'axe à trois coordonnées, avec des vecteurs d'unité pointant dans les directions suivantes:
- Right-Left (Droite-Gauche): correspondant au plan sagittal, perpendiculaire au sol et séparant le R droit du L gauche (illustré en bleu en Figure 4)
- Anterior-Posterior (Antérieur-arrière): correspond au plan coronal, perpendiculaire au sol et séparant le front A de l'arrière P (illustré en rouge sur Figure 4)
- Superior-inferior (Supérieur-Inférieur): correspond au plan axial, parallèle au sol et sépare la tête S des pieds I (montré en vert en ???)
Ce système est commun, indépendant du scanner et centré sur le patient, permettant l'intégration et la visualisation cohérente de plusieurs images et types de données dans les viseurs 2D et 3D. La ligne de base globale 3D Slicer correspond au RAS spécifique au patient et toutes les données doivent être transformées dans ce système.
Système IJK
Les données volumétriques de l'image sont acquises et fournies dans le système de référence à balayage matriciel " IJK, également appelé colonne, rangée et section (i et j sont les coordonnées de la colonne et de la rangée, et k est le numéro de section). Pour l'intégration dans 3D Slicer en tant qu'objets ou acteurs dans la scène, il est nécessaire de fournir la matrice de transformation IJKtoRAS pour chaque jeu de données. Voir Figure 5.
Système XYZ
C'est le système de coordonnées du scanner. Dans les appareils d'IRM et de tomodensitométrie, le système de coordonnées est fixé par rapport à la surface sur laquelle le patient est placé, la table. Voir Figure 6.
Coordonnées de la vue (View coordinates)
Le système de coordonnées de vue représente ce qui est visible à la caméra. Il se compose d'une paire de valeurs x et y, allant de (-1.1) à une coordonnée de profondeur z; voir Figure 7. Les valeurs x, y spécifient l'emplacement dans le plan de l'image, tandis que la coordonnée z représente la distance ou l'étendue par rapport à la caméra.
Coordonnées de représentation (Display coordinates)
Le système de coordonnées d'affichage utilise la même trame que le système de coordonnées de vue, mais au lieu d'utiliser un par un négatif comme une plage, les coordonnées sont des emplacements X et des pixels réels dans le plan de l'image. Des facteurs tels que la taille de la fenêtre à l'écran déterminent comment la gamme des coordonnées de vue (-1,1) est cartographiée en pixels. C'est également là que la vue Vue entre en vigueur, de sorte que différentes vues peuvent être intégrées dans la même fenêtre (voir chapitre 3 et Fig. 3-14 du manuel VTK).
