0.前言

常言道，兵欲善其事必先利其器，行军打仗要有一个趁手的兵器，孙悟空有了金箍棒，就如虎添翼。

研究医学影像的大哥也需要好的工具，经常和CT、MRI等数据打交道，没有个好工具，还真搞不定。在这里，老弟介绍一款神器 3D Slicer。

有了 3D Slicer，数据工作不再枯燥，干起活来就像吃馒头加老干妈，越来越有味。后面会推出一些使用教程，简单好用。

为什么要介绍这个工具呢？大壮老师不会介绍没用的东西。

基于深度学习的医学影像研究，基本都是使用的是有监督学习算法，这就要去提供具有真值（ground truth）的标注文件，生成训练集和测试集，一般用于图像分割。

图片

1.3D Slicer 介绍

3D Slicer是一款免费的开源软件，由全世界的开发者共同开维护，美国国立卫生研究院(NIH)一直很支持这个项目。

软件主要用于医学、生物医学和其他3D图像和网格的可视化、处理、分割、配准和分析，规划和导航图像引导程序。用于医学图像数据集可视化和分析。

允许研究人员二次开发，所有的功能都可以用Python和C 语言实现，并且可以扩展。大哥们可以根据自己科室或者研究需求开发一些特殊插件，实现高效的工作。

for example:

王主任，每次看片都很累，可以帮他开发出一个基于AI模型检测功能插件，能自动筛选出风险区域，然后王主任关注这些区域即可，不用每个地方都看，可以节省王主任的宝贵时间和精力。

2.3D Slicer的应用举例

（1）图像分割标注

使用 Segment Editor 模块创建手术计划、创建高质量数据集，其中包括训练集和测试集，用于深度学习算法训练和测试使用

图片

图1  图像分割

（2）图像分析

一些插件可以对CT和MRI分析，提高诊断的效率。

来自瑞士的Rudolf Bumm教授，就开发了一个COVID-19CT评估的插件，可以自动实现对肺部CT影像的分割和分析，还具有肺部的定量容积分析，快速切片和容积渲染的可视化功能，同时还能生成PDF报告生成。

从描述中看，这玩意还挺有用，这个插件是使用python开发的，大壮老师很擅长啊

图片

图片

图2 COVID-19 的肺部 CT 分析

（3）手术导航

这里主介绍3D Slicer 用于乳腺癌手术的实时导航应用。

图片

图2 3D Slicer 用于乳腺癌手术的实时导航

超声导航可能使肿瘤切除更准确，改善肿瘤切除术的效果。乳腺癌是女性最常见的癌症，而肿块切除术是其首选的治疗方法。

医生大哥们使用超声波的手术导航方法改善肿瘤切除术效果，在肿瘤定位针、超声探头和烧灼器上安装了位置传感器，并利用实时跟踪信息生成三维导航视图。由八名外科住院医生在乳房模型上对该系统进行了标准线定位程序的测试。两位经验丰富的肿瘤外科医生在6名需要切除肿块的肿瘤患者身上测试了临床安全性和可行性。

与对照程序相比，导航导致切除的组织明显减少（10.3 ± 4.4 vs. 18.6 ± 8.7 g，p = 0.01），在模型实验中，肿瘤阳性边缘的数量较少（1/8 vs. 4/8）。整体效果还是很好的，已经集成在相关临床设备中了。

图片

图3 模拟测试1

图片

图3 模拟测试2

（3）AI 辅助医学影像分割

使用 Segment Editor 中的 NVidia AI 工具，使用预先训练的模型自动分割解剖结构。

这就很有用了，大家可以训练自己的分割模型，借助软件帮你自动分割影像。

图片

图5 使用 NVidia Clara的 AI 辅助分割

（4）机器人辅助干预

将轻量级机器人（库卡）集成到图像引导的治疗系统中。使用OpenIGTLink接口控制带有切片机模块的机器手臂，并在CT图像数据中可视化当前位置，从而进一步控制机器人的运动。

有点手术机器人的意思，不过手术机器人王者是加拿大的达芬奇。是他们2013年做的，现在看研究还是具有前瞻性的。

（注：库卡原来是德国的公司，生意不好被 美的 收购了，也算是中国企业吧

图片

图片

图6 kuka集成机器人

（5） 纤维束成像

UKF Tractography 使用无迹卡尔曼滤波器（UKF）计算 DWI 图像的纤维束成像。

卡尔曼滤波是一个工科很知名的方法，是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法

图片

图7 纤维束成像     

（6）超声跟踪和针头导航

使用跟踪超声影像实现对针头的导航，可以改善没有经验操作者的皮肾穿刺造瘘术的表现。

图片

图8 超声跟踪和针头导航

（7）放射治疗可视化和分析

SlicerRT 扩展是用于 3D Slicer 的放射治疗工具包，包含 DICOM RT 导入/导出、可视化和分析。

图片

图9 适应性放射治疗

（8）实时三维超声重建

使用SlicerIGT和SlicerIGSIO扩展，从实时跟踪的超声中重建三维体积

图片

图10 实时 3D 超声重建

（9）SlicerVR 虚拟现实交互

可以3D 视图中显示的所有内容（体积渲染、实时手术导航、纤维束成像在虚拟现实中显示和交互。

图片

图11 虚拟现实

（10）FreeSurfer分析

从 FreeSurfer 导入体积、分段、表面，然后进行编辑和分析。

图片

图12  FreeSurfer 

3.大壮点评