学文网摘 要 在进行三维医学可视化系统的研究中， 为了对重建物体内部的特定目标进行分析，往往需要进行剪切。讨论了在VC开发环境中，应用三维可视化类库VTK，利用平面对三维物体进行平面剪切的方法，并给出了剪切后的结果。
【关键词】VTK 三维重建 平面剪切
1 引言
可视化工具包（VTK）是一个开放源码的自由软件。它可以进行***象处理、计算机***形学和科学计算可视化，尤其在三维重建如面绘制和体绘制上有强大的功能，因此，它被广泛应用到医学***象领域。
在对医学***象的三维重建进行研究时，需要分析的内部器官往往被外部目标所遮挡，如肝脏、肺叶、肾等重要器官被皮肤遮盖。此外，医学***象中的床板也会影响对重建物体的观察，对处于身体内部的病灶或肿瘤，也需要进行观察和分析。因此，需要对医学***象的三维重建结果进行切割，来满足医学影象处理的要求。
2 VTK中医学***象的三维重建剪切
医学***象的三维重建是采用可视化软件VTK[1，2]，利用获得的二维CT或MRI等断层切片，重构有关器官和组织的三维***象。而为了满足临床影象分析的要求，需要对重建物体进行相应的切割。
在VTK中，对重建物体的切割主要有两种[3，4]。一种是利用平面进行剪切，另一种是利用立方体进行切割。本文主要讨论的是第一种方法，即对医学三维重建的面绘制和体绘制进行平面剪切[5]。它的具体实现分为三步：
医学***象的三维重建；利用VTK中的面绘制和体绘制算法，对读入的CT切片进行三维重建；定义剪切平面；利用VTK中的vtkPlane类定义剪切平面，并设置该平面的初始位置和方向；三维重建的平面剪切建立切割函数，对三维重建物体进行平面剪切。
2.1 基于面绘制的平面剪切
vtkClipPolyData *clipper = vtkClipPolyData：：New（）；
clipper->SetInputConnection（skinNormals->GetOutputPort（））；
clipper->SetClipFunction（plane）；
clipper->GenerateClipScalarsOn（）；
clipper->GenerateClippedOutputOn（）；
clipper->SetValue（0.3）；
vtkPolyDataMapper *clipMapper = vtkPolyDataMapper：：New（）；
cutEdges->SetCutFunction（plane）；//设置绝对函数来执行它
cutEdges->GenerateCutScalarsOn（）；//输出标量值将要被vtkImplicitFunction给修改
cutEdges->SetValue（0， 1.0）； //设定特殊轮廓值
vtkStripper *cutStrips = vtkStripper：：New（）；
cutStrips->SetInputConnection（cutEdges->GetOutputPort（））；
cutStrips->Update（）；
renWin->Render（）；
iren->Initialize（）；
iren->Start（）；
iren->AddObserver（vtkCommand：：UserEvent，cmd）；
剪切函数：
void Cut（vtkObject *caller， unsigned long eid， void *clientdata， void *calldata，double val）
{ m_viewer = reinterpret_cast（clientdata ）；
plane->SetNormal（0， -1， -1）；
plane->SetOrigin（150.0， 120.0， 120.0）；
cutEdges->SetCutFunction（plane）；
clipper->SetValue（ val ）；
cutEdges->SetValue（1， val）；
cutStrips->Update（）；
cutPoly->SetPoints（cutStrips->GetOutput（）->GetPoints（））；
cutPoly->SetPolys（cutStrips->GetOutput（）->GetLines（））；
cutMapper->Update（）；
renWin->Render（）； }
2.2 基于体绘制的平面剪切
vtkImageReader *reader = vtkImageReader：：New（）； //读入相关数据
reader->SetDataByteOrderToLittleEndian（）；
reader->SetDataExtent（0， 63， 0， 63， 1， 93）；
reader->SetFilePrefix（“../headsq/quarter”）； //DICOM***片存储路径
reader->SetDataMask（0x7fff）；
reader->SetDataSpacing（3.2， 3.2， 1.5）；
reader->SetDataScalarTypeToUnsignedShort（）；
reader->Update（）；
vtkColorTransferFunction *colorTransferFunction = vtkColorTransferFunction：：New（）；
colorTransferFunction->ClampingOff（）；
colorTransferFunction->AddHSVPoint（0.0， 0.01， 1.0， 1.0）； //根据透明度设置HSV颜色
colorTransferFunction->AddHSVPoint（1000.0， 0.50， 1.0， 1.0）；
colorTransferFunction->AddHSVPoint（2000.0， 0.99， 1.0， 1.0）；
colorTransferFunction->SetColorSpaceToHSV（）；
vtkVolumeProperty *volumeProperty = vtkVolumeProperty：：New（）； //体绘制属性表现设置
volumeProperty->SetColor（colorTransferFunction）；
volumeProperty->SetScalarOpacity（opacityTransferFunction）；
vtkVolumeRayCastCompositeFunction *compositeFunction=vtkVolumeRayCastCompositeFunction：：New（）；
vtkVolumeRayCastMapper *volumeMapper=vtkVolumeRayCastMapper：：New（）；
volumeMapper->SetVolumeRayCastFunction（compositeFunction）； //采用混合体绘制方法
volumeMapper->SetInput（changeFilter->GetOutput（））；
vtkVolume *volume = vtkVolume：：New（）； //对重建物体进行显示
volume->SetMapper（volumeMapper）；
volume->SetProperty（volumeProperty）；
vtkPlane *plane1 = vtkPlane：：New（）； //定义剪切平面，并设置其位置和方向
plane1->SetOrigin（0.25， 3.5， -10）；
plane1->SetNormal（-1， 0， -1）；
vtkPlane *plane2 = vtkPlane：：New（）；
plane2->SetOrigin（150.0， 25.0， 30.0）；
plane2->SetNormal（0， -1， -1）；
volumeMapper->AddClippingPlane（plane1）； //将剪切平面加入重建物体中
volumeMapper->AddClippingPlane（plane2）；
vtkRenderer *ren = vtkRenderer：：New（）；
ren->AddViewProp（volume）；
ren->SetBackground（0.0， 0.0， 0.0）；
renWin->Render（）；
vtkCamera *aCamera = vtkCamera：：New（）；
aCamera->SetViewUp （0， 0， -1）；
aCamera->SetPosition （0， 1， 0）；
aCamera->SetFocalPoint （0， 0， 0）；
aCamera->ComputeViewPlaneNormal（）；
ren->SetActiveCamera（aCamera）；
ren->ResetCamera （）；
aCamera->Dolly（2.5）；
iren->Initialize（）；
iren->Start（）；
3 面绘制和体绘制的平面剪切结果
***1（a）是对面绘制结果加入一个平面进行剪切，***1（b）和***1（c）分别是被剪切平面分成的两部分，***1（d）是对剪切平面的提取。
***2（a）是剪切前的体绘制效果，***2（b）和***2（c）是进行平面剪切后的两部分体重建，***2（d）是从体重建获取的剪切面。
4 结束语
本文利用VTK工具对三维面绘制和体绘制进行平面剪切，通过对剪切平面的位置和方向的调整，去掉了外部皮肤或床板的遮挡，清楚重现内部器官或病灶。实验证明，这种平面剪切的方法可以应用于虚拟手术等操作，为临床诊断提供更为精确的患者数据。
参考文献
[1]William JS，Kenneth MM， Lisa SA，et al.The VTK User’s Guide，Kitware Inc，1998.
[2]Tao Zhi-jiang，Huang Hua，Zeng Jun， Three-dimensional reconstruction of medical images based on VTK[J].Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research，2011，7（23）：5604-5606.
[3]张娟，熊杰等，基于VTK的三维数据可视化软件开发[J].成都大学学报（自然科学版），2014，33（3）：121-125.
[4]Pan Zheng，and Behari Belaton， Craniofacial Data Registration and Visualization Survey，Regional Computer Science Postgraduate Conference，2006.
[5]Marcelo G.P.Three-Dimensional Computed Tomography Landmark Measurement in Craniofacial Surgical Planning：Experimental Validation In Vitro，Oral Maxillofac Surg.2010.
作者简介
苗蕤（1983-），男，河南省许昌市人。工学双学士学位。现为甘肃广播电视大学直属学院工程师。主要研究方向为计算机软件应用技术、数字***像处理、网络安全。
作者单位
甘肃广播电视大学直属学院 甘肃省兰州市 730000
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