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医疗软件Mevislab使用

发表于 分类于
医疗图像处理

前言

在阅读肺结节CT图像处理的相关论文时，注意到很多作者都使用的是一款软件Mevislab。Mevislab是一款用于图像处理，尤其是医疗CT图像领域的，快速原型开发平台，做学术研究和个人学习是免费自由使用的（可自由开发的模块有限），
商业环境下使用时收费的。我曾发邮件咨询过，大概每年2万2(2017年3月份)。下图是工作台样例:

mevislab工作台

官网地址：Mevislab

论坛地址:Mevislab论坛 ，很多问题自这里可以咨询，论坛活跃用户不多，一般可能要隔两天才有人回，可能是时差。

一 特点

  • 多平台支持：Mac,Linux,Windows

  • 模块多：当前有920多标准模块，总共有3000多（包括360多ITK模块、1470个VTK模块、），基本涵盖了所有的图像处理模块，比如腐蚀、膨胀、阈值分割、区域增长等。在实际做图像处理时，直接拉模块连起来就可以。

  • 支持脚本:目前支持python和C++，可以在工作台里直接调用python(使用RunPythonScripts模块)。C++ 可以直接重新定义mevislab内置的模块，或者自己重写一个模块。

  • 自由高效：摸熟之后，你会发现它的高效、简洁，模块之间自由组合（流程上下衔接）

  • 强大：强大的体现是，2D，3D(官方说法可以支持6D)都可以处理。尤其是3D渲染，简直神器，即刻呈现处理效果。

二 使用

2.1 基本使用

首先，构建一个最基本的图像处理流程

基本流程

其中ImageLoad,Threshold,SoView2D这三个模块可以在任务栏的module中搜索找到，或者直接搜索框里输入即可得到。我们可以在图中看到不同的module有不同的颜色，接口处的形状也不同，有尖三角，有半圆形，它们代表不同的意义。具体的请参考官方文档，本文重点不讨论这个。

常规的图像处理流程包括，载入图像，处理算法，展现模块。其中载入图像模块如上图ImageLoad，可以载入普通JPEG

2.2 基本模块

模块类型

类型 外形 特征
ML模块(蓝色) ML module 基于分页的，命令驱动的体素处理
开放的素材模块(可以用来组合和协助构建处理过程)(绿色) inventor module 视觉场景图(3D),名称转换，所有模块以So(scene object)开头
宏模块(棕色) macro 组合其他模块类型，允许层次继承和脚本交互

连接器

外观 形状 定义
三角形 三角形 ML 图像
半圆形 半圆形 场景素材
方形 方形 基本对象：指向数据结构的指针

链接

类型 外观 特征
数据链接(连接器链接) 数据链接 连接器之间的直接链接。不同的连接器会有不同的颜色,蓝色的为ML，绿色的为开放素材，棕色的为基本类型
参数链接(域链接) 参数链接 模块之间或模块内部的参数的链接形成的链接

三 实现一个轮廓过滤

假设我们的轮廓过滤步骤为: 载入图像a–>均值化[b]–>形态学膨胀操作[c]–>求差值[b,c]–>查看图像

在Mevislab的工作台新建网络，并载入模块LoadImage,Convolution,Morphology,Arithmetic2。这些模块可以直接在搜索框搜索到。将这些模块按照如下图连接起来，连接操作鼠标左键点击模块的连接点，然后拖到下一个模块，松开即可。

网络流程

参数调整

调整参数时，双击模块面板，有些隐含的参数需要右击面板–>show autopanel。如果想让模块A中的参数param_a赋值给模块B中的参数param_b，在A面板中点击param_a拖住(可以看到此时面板中的param_a处出现了一个蓝色的箭头)，拉到面板B中的参数param_b处(也看到蓝色箭头激活)。如何保持参数同步(模块之间参数赋值)，示例如下:

模块间参数同步

其他参数设置参考下图:

模块间参数同步

四 图像操作和处理

4.1 图像操作

  • ImageLoad:打开图像，格式可以为DICOM,TIFF,DICOM/TIFF,RAW,LUMISYS,PNM,Analyze,PNG,JPEG

  • LocalImage:与ImageLoad类似，载入的是相对于Mevislab安装位置或当前网络位置的图像

  • ImageSave:存储图像，以DICOM,TIFF,DICOM/TIFF,RAW,LUMISYS,PNM,Analyze,PNG,JPEG这些格式

4.2 图像属性

  • Info:展示当前连接的输入图像的信息，比如图像尺寸，page size，体素size，总容积，世界矩阵等。

  • MinMaxScan:扫描输入并更新输出图像的最大最小值，可以改变数据类型。

  • ImagePropertyConvert:允许自由改变图像的page size，最大、最小值、数据类型、世界矩阵

  • ImageStatistics:计算输入图像体素的一些统计特性。

4.3 基本图像处理

  • SubImage:从输入图像中基于体素、世界坐标的起止，尺寸抽取子图。也可以用于抽取比输入图像更大的区域

  • Resample3D:在3D图像的任意平面抽样，有17个filter可以使用。

  • Reformat:将图像重新格式化为一副引用图像，或者通过SoView2D/SoOrthoView2D创建重新格式化的叠加。

  • Scale:将图像缩放到一个指定间隔，来源和目标缩放间隔可以自定义。

  • Arithmetic1:对一副图像做算术运算。比如Add操作，则是对图像中体素的每个值加上一个常量。

  • Arithmetic2:对两幅图像做算数运算。比如Add操作，则是将图像1中每个体素的值加到图像2上。

  • Mask: 用图像2中的mask对图像1进行mask操作。(有Mask模块中有不同选项)

  • TestPattern :基于指定的尺寸，page size，数据类型和模式生成一副测试图像

  • AddNoise: 基于标量输入图像产生噪音数据，比如高斯噪音、盐粒噪音等。

4.4 过滤器

  • Convolution：标准卷积，比如均值卷积，高斯卷积，拉普拉斯卷积和Sobel。

  • ExtendedConvolution:提供与标准卷积类似的过滤器，但是更加灵活的Kernel size和kernel geometry

  • Rank: 基于秩的卷积，比如最小、最大、中值、Rank、index

  • Morphology: 形态学操作，比如腐蚀和膨胀

  • CalculateGradient:计算输入图像每个体素周围的值得坡度(梯度)

4.5 分割

  • Threshold: 将图像转换为二值图像，根据阈值

  • IntervalThreshold: 通过过滤掉在指定值域范围的像素值来处理一副图像，在值域范围外的可以指定其他值或者为0。

  • RegionGrowing:区域增长算法，提供简单的基于阈值或间隔的 1D/2D/3D/4D的区域增长算法。需要设置阈值或间隔和最少一个种子节点。

  • RegionGrowingMacro:是RegionGrowing的宏拓展，添加了自定义的marker 编辑。

  • ComputeConnectedComponents:在2D/3D灰度图上进行连通组件分析。

4.6 可视化

2D可视化

  • View2D: 以2D切片的形式查看3D图像。

  • View2DExtensions: 封装了一系列的viewer，这些viewer都是常用于连接2D viewer的拓展，包括以切片形式查看、放大缩小、窗口调整。

  • SoView2D: 在2D viewer中呈现一个容积(volume)图像的一个切片。

  • SoRenderArea:提供一个开放的Inventor(素材)渲染器和Mevislab窗口内部的事件处理机制。

  • SoView2DOverlay: 将一副2D图像与另外一副混合。

  • SoView2DPosition: 显示2Dviewer 中最近点击的位置，显示形式可以自定义为圆形、空间矩形或叉叉。

  • SoView2DRectangle : 在2D viewer中交互式的绘制或调整一个2D矩形。虽然此模块名称带2D，其实也可以操作3D。

  • SoMouseGrabber :抓取Inventor sence中的鼠标事件并将其转化为float类型的x，y域。

  • SoKeyGrabber :监听Inventor sence种的键盘事件，并触发依赖于不同键盘key按压操作的field。

  • OrthoView2D: 提供一个2D view来展现三个正交视图方向的输入图像。

  • SoOrthoView2D: 在2D viewer中渲染一副体素(volume)图像的正交切片

  • SynchroView2D: 提供两个2D viewer，它们通过其世界坐标轴同步。

3D 视图

  • SoGVRVolumeRenderer:一个基于八卦的渲染器，允许3D/4D图像的高质量体素渲染。此模块继承自允许设置渲染参数的拓展模块集合。

  • SoExaminerViewer : 提供开放的Inventor渲染和Mevislab窗口内部的时间操作。开放Inventor渲染比如背景色、透明度类型、绘画风格等。

  • View3D :直接3D查看图像。

  • SoBackground: 渲染开放Inventor sence中背景色的颜色坡度。

4.7 LookUp Table

此模块用于编辑网络中其他模块的参数（此模块后续再补充，没怎么用）

  • ApplyLUT :在输入图像上应用lookup table(LUT)。输入图像中的体素值用作LUT索引值，LUT实体值被缩放到最大实体参数，并存储到输出图像。

  • SoLUTEditor:允许编辑RGBA LUT 并输出MLLut对象。

4. 8 Markers

  • XMarkerListContainer:存储了XMarker对象列表为XMarkerList对象。其内容可以呈现，编辑和保存。一个XMarker对象由一个6D Position，一个3D Vector，一个Type，一个Name属性组成。

  • SoView2DMarkerEditor: 允许在2D 视图上交互式放置、编辑和展现markers。

  • So3DMarkerEditor: 在3D中呈现markers并提供可能的交互式编辑markers。

4.9 Curves

  • ProfileCurve:从一副图像的任意数据维度抽取概要轮廓，通过沿着指定的线路读取输入图像的体素值。

  • SoDiagram2D:呈现2D曲线，比如时间序列，灰度缩放概要，直方图等。

4.10 Contours

  • CSOManager:允许编辑CSOs和CSOGroup设置参数和默认参数，以及维持CSO和CSOGroup的整齐度。

  • SoCSO3DVis:在3D中某个CSOList中的CSOs以Open Inventor sence开启可视化。需要对input可用的CSOList(比如通过CSOManager)

  • CSOIsoGenerator:允许以固定的ISO值对整幅图生成iso轮廓。需要一个可用填充值的CSOList(比如CSOManager)

  • SoView2DCSOExtensibleEditor:允许编辑和拖拽CSOs。与CSOManager，一个CSO子编辑器和输出用的2D Viewer结合使用，

  • SoCSOSplineEditor:允许徒手或一个点一个点的生成CSOs。

  • SoCSOEllipseEditor:允许生成椭圆或圆形CSO。

4.10 Surface objects

  • SoWEMRenderer:将一个WEM渲染为一个Open Inventor sence

  • WEMIsoSurface:以固定阈值生成标量体积图像的ISO表面

  • WEMSmooth: 使用一个表面平滑(拉普拉斯)来平滑WEM，或者表面的平滑。

  • SoView2DWEMEditor: 在特定球形范围交互式WEM表面变形。

五 创建 Open Inventor Scene

此模块主要利用Mevislab提供的各种自木块来构建各类视图模型，Open Inventor是一个面向对象的3D开发工具。Inventor scenes以场景图的形式组织。一个场景图由代表即将绘制的3D对象的节点，3D对象的属性，与其他节点结合的节点组成层次树，其他如摄像机、灯光等组成。

注意Open Inventor中的遍历路径如下，这对于如何构建场景图很关键。

遍历路径

Open Inventor模块的函数有:

  • Draggers and manipulators

  • Group nodes

  • Light sources

  • Transformations

  • Cameras

  • 3D viewers

  • Geometric objects (Spheres, Cones, 3D Text, Nurbs, Triangle Meshes, etc.)

  • Object properties (Textures, Colors, Materials, etc.)

注意：在ML模块中模块的域值更新是同步的，但是在Open Inventor中是异步的，更改值之后会先存储在延迟队列中。

关于如何构建这些场景，示例图如下:

遍历路径

遍历路径

你可以将Mevislab当做一个3D建模工具玩。

六 构建宏模块

宏模块可以通过MDL(Mevislab Definition Lanague)和python或JavaScript脚本实现。宏的功能与其他模块类似，可以理解为一系列完成某种功能的模块的集合被封装成了一个模块。

构建一个宏模块，你需要走如下三步。

6.1 构建宏

首先，你得把一系列用于完成特定任务的模块串起来定义好，放入工作台。如下图:

宏定义模块

定义好之后将网络存储在某个位置，比如命名为test_macro.mlab。

然后选择File → Project Wizard 并选择 Macro。然后设置宏的一些参数，其中打星号的是必须的。

宏定义模块

然后下一步，选择Network File name时选择刚保存test_macro.mlab。点击创建之后会自动创建如下文件

宏定义模块

此时，即可在搜索栏搜到刚刚定义的宏模块。

6.2 给宏添加宏参数和面板

右键点击刚刚创建的宏的面板选择related files,选择mevislab_macro.script编辑此脚本。此脚本包含了区域:

  • interface:定义宏的输入输出。

  • Commands:定义在此宏的某些field活动时要执行的脚本文件

  • window: 定义了宏的面板，在面板上设置参数。

参考示例:

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Interface {
Inputs = ""
Outputs {
Field Scene { internalName = "Applicator.self" }
}
Parameters {
Field length {
type = float
value = 20
min = 1
max = 50
}
Field diameter {
type = float
value = 3
min = 0.1
max = 10
}
}
}
Commands {
source = $(LOCAL)/test_macro.py
FieldListener length { command = AdjustLength }
FieldListener diameter { command = AdjustDiameter }
}
Window {
Category {
Field length { step = 1 }
Field diameter { step = 0.1 }
}
}
下图为定义之后的面板效果


 ![宏定义模块](/images/blog/mevislab_macro4.jpg)

6.3 python脚本

上一步的scipt脚本中，Command所使用的test_macro.py需要编写。示例如下:

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# -----------------------------------------------------------------------------
## This file implements scripting functions for the ApplicatorMacro module
#
# \file ApplicatorMacro.py
# \author JDoe
# \date 01/2009
#
# -----------------------------------------------------------------------------
# MeVis module import
from mevis import *
def AdjustLength():
overallLength = ctx.field("length").value
tipLength = ctx.field("SoCone.height").value
shaftLength = overallLength - tipLength
ctx.field("SoCylinder.height").value = shaftLength
def AdjustDiameter():
        diameter = ctx.field ("diameter").value

注意观察，python脚本中如何调用和控制参数。其中的ctx是默认的上下文，它可以访问当前网络中任何其他模块的任何field。比如此处的SoCone.height，其中的SoCone是一个模块，height是该模块的一个field，如果它有其他实例名example_name，则使用example_name.height也可以直接访问。 此处通过ctx.field("SoCone.height").value访问值，而ctx.field("SoCylinder.height").value = shaftLength来改变值。

七 渲染

其实Mevislab用起来只是快速实现模型，但是无法用于生产环境，处理速度太慢。平常用它来做渲染还是不错的，做3D渲染几乎不逊色于一般的3D建模软件。