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 configuración de la escena se completa con la adición de una fuente de luz y una cámara, todas ellas referenciadas en el sistema de coordenadas del mundo, como se puede ver en Figure 3
Transformaciones afines relacionan cámaras, objetos y componentes de objetos con el sistema de referencia del mundo. Consisten en secuencias de traslaciones, rotaciones y cambios de escala, que pueden representarse utilizando coordenadas homogéneas mediante matrices de 4x4. Las proyecciones de perspectivas y ortográficas desde el espacio 3D sobre el plano de la imagen de las cámaras de visión también se pueden representar con matrices 4x4 (o 4x3). De hecho, todos ellos son casos de transformaciones proyectivas, que pueden ser representadas por estas matrices 4x4. De hecho, todos los elementos del mundo virtual se representan con respecto al sistema de referencia del mundo mediante secuencias de transformaciones matriciales 4x4, posiblemente ordenadas en una jerarquía (por ejemplo: representar componentes internos de objetos). Para obtener más información sobre las transformaciones de coordenadas, véase [pdf aquí].
Sistema RAS
En nuestro caso específico no se va a estar trabajando con elementos abstractos tales como esferas, cubos o cuadrados; se va a estar trabajando con datos volumétricos recogidos con diferentes escáneres y dispositivos médicos.
Los sistemas de coordenadas utilizados, cuando se aplican a cuerpos humanos, son los llamados "RAS". Este término es un acrónimo formado por el nombre del eje de tres coordenadas, con los vectores unitarios apuntando en las siguientes direcciones:
- Right-Left (Derecha-Izquierda): corresponde al plano sagital, perpendicular al suelo y que separa la R derecha de la L izquierda (mostrada en azul en Figure 4)
- Anterior-Posterior: corresponde al plano coronal, perpendicular al suelo y que separa el frente A del dorso P (mostrado en rojo en Figure 4)
- Superior-inferior: corresponde al plano axial, paralelo al suelo y separa la cabeza S de los pies I (mostrado en verde en Figure 4)
Este sistema es común, independiente del escáner y centrado en el paciente; permite la integración y visualización coherente de múltiples imágenes y tipos de datos en visores 2D y 3D. La base de referencia mundial en 3D Slicer corresponde al RAS específico del paciente y cualquier dato debe ser transformado a este sistema.
Sistema IJK
Los datos volumétricos de la imagen se adquieren y se proporcionan en el sistema de referencia del escaneo rasterizado " IJK, también llamado columna, fila y sección (i y j son las coordenadas de la columna y fila, y k es el número de sección). Para su integración en 3D Slicer como objetos o actores en la escena, es necesario proporcionar la matriz de transformación IJKtoRAS para cada conjunto de datos. Véase Figure 5.
Sistema XYZ
Este es el sistema de coordenadas del escáner. En los aparatos de MRI y CT el sistema de coordenadas va fijado con respecto a la superficie en la que se coloca el paciente, la mesa. VerFigure 6.
Coordenadas de vista (View coordinates)
El sistema de coordenadas de vista representa lo que es visible para la cámara. Consiste en un par de valores x e y, que van entre (-1,1) y una coordenada de profundidad z; ver Figure 7. Los valores x, y especifican la ubicación en el plano de la imagen, mientras que la coordenada z representa la distancia o el rango desde la cámara.
Coordenadas de representación (Display coordinates)
El sistema de coordenadas de representación utiliza la misma base que el sistema de coordenadas de vista, pero en lugar de utilizar uno a uno negativo como rango, las coordenadas son ubicaciones x, y píxeles reales en el plano de la imagen. Factores como el tamaño de la ventana en la pantalla determinan cómo se mapea el rango de coordenadas de la vista (-1,1) en ubicaciones de píxeles. Aquí es también donde entra en vigor la vista de vista, de modo que se pueden integrar diferentes vistas en la misma ventana (ver Capítulo 3 y Fig. 3-14 del libro de texto VTK).
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