MPR

MPR（Multi-planar Reformation），多平面重建；多平面重建是将扫描范围内所有的轴位图像叠加起来，再对某些标线标定的重组线所指定的组织进行冠状位、矢状位、任意角度斜位图像重组。

MPR的优点

1.能任意产生新的断层图像，而无需重复扫描；
2.原图像的密度值被忠实保持到了结果图像上。
3.曲面重组能在一副图像里展开显示弯曲物体的全长。

MPR的缺点

1.难以表达复杂的空间结构；
2.曲面重组易造成假阳性；

多平面重建（MPR）是CT三维数据呈现的重要内容，其在三维数据的任一点空间位置，采用XY、XZ和YZ三个平面切空间数据得到三个切面分别为轴状面、冠状面和矢状面，而且X/Y/Z三个轴可以绕三维坐标原点任意旋转。

vtkImageReslice

vtkImageReslice类可以从体数据内的一点沿着不同的方向切出一个平面图像；
vtkImageReslice是图像几何过滤器的瑞士军刀：它可以以合理高效的任意组合排列、旋转、翻转、缩放、重采样、变形和填充图像数据。置换、重采样和填充等简单操作的效率与专用vtkImagePermute、vtkImageResample和vtkImagePad过滤器类似。 vtkimanageslice非常适合执行以下任务：
1）对图像进行简单的旋转、缩放和平移。通常，最好先使用vtkImageChangeInformation使图像居中，这样缩放和旋转就发生在图像的中心而不是左下角。
2）通过SetInformationInput()方法对一个数据集进行重采样，以匹配第二个数据集的体素采样，例如为了比较两个图像或合并两个图像。如果两幅图像不在同一坐标空间中，可以通过SetResliceTransform()方法同时应用线性或非线性变换。
3）从图像体中提取切片。使用vtkImageReslice可以从体数据中获取到指定的正交、斜切方向的上的切面图像；最方便的方法是使用SetResliceAxesDirectionCosines()指定切片的方向。方向余弦表示输出体积的x、y和z轴。SetOutputDimensionality(2)方法用于指定要输出切片而不是Volume的对象。SetResliceAxesOrigin()方法用于提供切片将通过的(x,y,z)点。可以同时使用ResliceAxes和ResliceTransform，以便从已应用转换的Volume中提取切片。
3)内容是比较常用的内容，可以提取平行于XY平面、YZ平面、XZ平面的切片，还可以提取斜切切片；
设置切片的步骤是先计算出一个切片的中心位置，计算出切面的变换矩阵(4*4矩阵)，前三列分别表示X、Y和Z方向矢量，第四列为切面坐标系原点。通过修改切面坐标系原点，可以得到不同位置的切面图像；切面的原点必须过图像内部一点；

vtkImageReslice类接口

设置变换矩阵

变换矩阵是4*4的四阶矩阵，其中左上角的3*3矩阵是3个方向上的向量余弦值；一般情况下，Z轴方向上的方向向量是XY的叉积，也就是Z轴方向会垂直于XY平面；
三个方向上的方向余弦值：

virtual void SetResliceAxes(vtkMatrix4x4*);
vtkGetObjectMacro(ResliceAxes, vtkMatrix4x4);
void SetResliceAxesDirectionCosines(double x0, double x1, double x2, double y0, double y1,double y2, double z0, double z1, double z2);
void SetResliceAxesDirectionCosines(const double x[3], const double y[3], const double z[3]){this->SetResliceAxesDirectionCosines(x[0], x[1], x[2], y[0], y[1], y[2], z[0], z[1], z[2]);
}
void SetResliceAxesDirectionCosines(const double xyz[9]){this->SetResliceAxesDirectionCosines(xyz[0], xyz[1], xyz[2], xyz[3], xyz[4], xyz[5], xyz[6], xyz[7], xyz[8]);
}
void GetResliceAxesDirectionCosines(double x[3], double y[3], double z[3]);
void GetResliceAxesDirectionCosines(double xyz[9]){this->GetResliceAxesDirectionCosines(&xyz[0], &xyz[3], &xyz[6]);
}
double* GetResliceAxesDirectionCosines() VTK_SIZEHINT(9){this->GetResliceAxesDirectionCosines(this->ResliceAxesDirectionCosines);return this->ResliceAxesDirectionCosines;
}

当OutputDimensionality设置为3时，可以通过SetResliceAxes或者SetResliceTransform生成转换矩阵，将体数据进行缩放，扭曲，平移等变换；
SetResliceAxesOrigin可以指定重新切片轴的原点，是变换矩阵最后一列的前三个元素。如果vtkImageReslice有变换矩阵就修改当前的变换矩阵内的值，如果没有，就创建新的变换矩阵；

void SetResliceAxesOrigin(double x, double y, double z);
void SetResliceAxesOrigin(const double xyz[3]){this->SetResliceAxesOrigin(xyz[0], xyz[1], xyz[2]);
}
void GetResliceAxesOrigin(double xyz[3]);
double* GetResliceAxesOrigin() VTK_SIZEHINT(3){this->GetResliceAxesOrigin(this->ResliceAxesOrigin);return this->ResliceAxesOrigin;
}

设定由vtkTransform表示变换矩阵信息：

virtual void SetResliceTransform(vtkAbstractTransform*);
vtkGetObjectMacro(ResliceTransform, vtkAbstractTransform);

设置输出维度

OutputDimensionality表示输出的维度有四种：1、2、3或0，默认值是3。不过一般切片的话，就是二维图像，设置为2；
如果维度是2D，则输出的Z范围被强制为（0,0），输出的Z原点被强制为0.0（即输出范围被限制在xy平面）。如果维度是1D，则输出范围限制在x轴上。对于0D，输出范围由位于（0,0,0）的单个体素组成。

vtkSetMacro(OutputDimensionality, int);
vtkGetMacro(OutputDimensionality, int);

设置图像输入

这里vtkImageReslice类输入的一般就是vtkImageData，vtkImageData为三维体数据，毕竟是从体数据中获取切片图像的嘛。
使用SetInputConnection和SetInputData方法，SetInformationInput用来设置渲染管线中的信息，之前有讲过；

virtual void SetInformationInput(vtkImageData*);
vtkGetObjectMacro(InformationInput, vtkImageData);

设置标识

TransformInputSampling用来指定是否根据重切片轴的方向余弦和原点变换输入的间距、原点和范围，然后再将其应用为默认输出间距、原点和范围（默认值：true）；

vtkSetMacro(TransformInputSampling, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(TransformInputSampling, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(TransformInputSampling, vtkTypeBool);

AutoCropOutput项可以确保输出的范围足够大时，不会裁剪任何数据；默认值是禁用的。

vtkSetMacro(AutoCropOutput, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(AutoCropOutput, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(AutoCropOutput, vtkTypeBool);

Wrap包裹标识；

vtkSetMacro(Wrap, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(Wrap, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(Wrap, vtkTypeBool);

Mirror镜像标识；

vtkSetMacro(Mirror, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(Mirror, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(Mirror, vtkTypeBool);

用Border设置是否将外观输入边界延伸半个体素（默认值：On）。
这将更改在输入图像的边界处处理插值的方式：如果输出体素的中心超出输入图像的边缘，但在边缘的半体素宽度范围内（使用输入体素宽度），则计算输出体素的值，如同输入的边缘体素被复制到输入图像的边缘。如果“Mirror”或“Wrap”处于启用状态，则此操作无效。

vtkSetMacro(Border, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(Border, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(Border, vtkTypeBool);

当Border为On开启状态时，用BorderThickness设置图像的边框厚度（默认值：0.5）；

vtkSetMacro(BorderThickness, double);
vtkGetMacro(BorderThickness, double);

InterpolationMode是vtkImageReslice类使用的插值模式，默认为nearest neighbor插值；
SetInterpolator设置要使用的插值器vtkAbstractImageInterpolator。默认插值器支持最近(Nearest)、线性(Linear)和三次插值模式(Cubic)；

vtkSetClampMacro(InterpolationMode, int, VTK_RESLICE_NEAREST, VTK_RESLICE_CUBIC);
vtkGetMacro(InterpolationMode, int);
void SetInterpolationModeToNearestNeighbor() { this->SetInterpolationMode(VTK_RESLICE_NEAREST); }
void SetInterpolationModeToLinear() { this->SetInterpolationMode(VTK_RESLICE_LINEAR); }
void SetInterpolationModeToCubic() { this->SetInterpolationMode(VTK_RESLICE_CUBIC); }
virtual const char* GetInterpolationModeAsString();
virtual void SetInterpolator(vtkAbstractImageInterpolator* sampler);
virtual vtkAbstractImageInterpolator* GetInterpolator();
void SetInterpolate(int t) {if (t && !this->GetInterpolate()) {this->SetInterpolationModeToLinear();}else if (!t && this->GetInterpolate()){this->SetInterpolationModeToNearestNeighbor();}
}
void InterpolateOn() { this->SetInterpolate(1); }
void InterpolateOff() { this->SetInterpolate(0); }
int GetInterpolate() { return (this->GetInterpolationMode() != VTK_RESLICE_NEAREST); }

SlabMode是板模式，用来生成厚切片（类似MIP功能），默认值是Mean。如果调用SetSlabNumberOfSlices(N)时N大于1，则每个输出片实际上是N个片的组合。使用此方法需要指定要使用的合成模式。合成模式有四种：Min(最小)、Max(最大)、Mean(平均值)和Sum(累加和)；

vtkSetClampMacro(SlabMode, int, VTK_IMAGE_SLAB_MIN, VTK_IMAGE_SLAB_SUM);
vtkGetMacro(SlabMode, int);
void SetSlabModeToMin() { this->SetSlabMode(VTK_IMAGE_SLAB_MIN); }
void SetSlabModeToMax() { this->SetSlabMode(VTK_IMAGE_SLAB_MAX); }
void SetSlabModeToMean() { this->SetSlabMode(VTK_IMAGE_SLAB_MEAN); }
void SetSlabModeToSum() { this->SetSlabMode(VTK_IMAGE_SLAB_SUM); }
virtual const char* GetSlabModeAsString();

SlabNumberOfSlices用来设置Slab模式下，合并时用到的图层个数；

vtkSetMacro(SlabNumberOfSlices, int);
vtkGetMacro(SlabNumberOfSlices, int);

SlabTrapezoidIntegration设定使用梯形积分进行板计算。Slab模式合并时，做加法和平均数的时候，把第一片和最后一片的权重减半。默认情况下，它处于禁用状态。

vtkSetMacro(SlabTrapezoidIntegration, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(SlabTrapezoidIntegration, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(SlabTrapezoidIntegration, vtkTypeBool);

SlabSliceSpacingFraction是板间距，是输出片间距的一部分。
当选择了各种slab模式中的一种时，通过生成几个“临时”输出片，然后根据slab模式组合它们来生成每个输出片。默认情况下，这些临时切片之间的间距是OutputSpacing的Z分量。此方法将这些临时切片之间的间距设置为输出间距的一小部分。

vtkSetMacro(SlabSliceSpacingFraction, double);
vtkGetMacro(SlabSliceSpacingFraction, double);

优化标识Optimization，打开和关闭优化（默认为打开，仅应出于测试目的关闭它们）；

vtkSetMacro(Optimization, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(Optimization, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(Optimization, vtkTypeBool);

设置输出标量数据类型，有 VTK_CHAR, VTK_SIGNED_CHAR, VTK_UNSIGNED_CHAR, VTK_SHORT, VTK_UNSIGNED_SHORT, VTK_INT, VTK_UNSIGNED_INT, VTK_FLOAT, or VTK_DOUBLE，除此之外的类型均不支持，如果设定了输出类型，那么标量数值就被限定在类型的有效范围内。

vtkSetMacro(OutputScalarType, int);
vtkGetMacro(OutputScalarType, int);

SetBackgroundColor对多分量图像设置背景颜色，这里背景颜色是不是数值的意思，暂时还没弄明白；
SetBackgroundLevel对单通道的灰度图像设置设置背景灰度值；
SetStencilData使用模具将计算限制到输出的特定区域。输出模具的“outside”的部分将被清除为背景色（莫非是刚才的背景色）。
SetGenerateStencilOutput设置是否生成一个输出模具，该模具定义哪些像素被插值，哪些像素超出输入范围。

vtkSetVector4Macro(BackgroundColor, double);
vtkGetVector4Macro(BackgroundColor, double);
void SetBackgroundLevel(double v) { this->SetBackgroundColor(v, v, v, v); }
double GetBackgroundLevel() { return this->GetBackgroundColor()[0]; }
void SetStencilData(vtkImageStencilData* stencil);
vtkImageStencilData* GetStencil();
vtkSetMacro(GenerateStencilOutput, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(GenerateStencilOutput, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(GenerateStencilOutput, vtkTypeBool);
vtkAlgorithmOutput* GetStencilOutputPort() { return this->GetOutputPort(1); }
vtkImageStencilData* GetStencilOutput();
void SetStencilOutput(vtkImageStencilData* stencil);

实例

代码

1.使用vtkMetaImageReader类读取一个.mha文件；
mha文件一定要和.raw文件放在同一个文件夹，要不然会报错；

ERROR: In I:\v-vtk\VTK-8.2.0\IO\Image\vtkMetaImageReader.cxx, line 237
vtkMetaImageReader (013DEC00): MetaImage cannot read data from file.

2.计算获取切面的变换矩阵vtkMatrix4x4信息；
3.使用vtkImageReslice类获取切面数据；
4.进行渲染显示；

#include "vtkSmartPointer.h"
#include "vtkMetaImageReader.h"
#include "vtkImageData.h"
#include "vtkMatrix4x4.h"
#include "vtkImageReslice.h"
#include "vtkLookupTable.h"
#include "vtkImageMapToColors.h"
#include "vtkImageActor.h"
#include "vtkImageMapper3D.h"
#include "vtkRenderer.h"
#include "vtkRenderWindow.h"
#include "vtkRenderWindowInteractor.h"
#include "vtkInteractorStyleImage.h"
#include "vtkAutoInit.h"
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);using namespace std;
int main(){vtkNew<vtkMetaImageReader> reader;reader->SetFileName("D:\\data\\brain.mhd");reader->Update();int extent[6];double spacing[3];double origin[3];reader->GetOutput()->GetExtent(extent);reader->GetOutput()->GetSpacing(spacing);reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);double center[3];center[0] = origin[0] + spacing[0] * 0.5 * (extent[0] + extent[1]);center[1] = origin[1] + spacing[1] * 0.5 * (extent[2] + extent[3]);center[2] = origin[2] + spacing[2] * 0.5 * (extent[4] + extent[5]);static double axialElements[16] = {1, 0, 0, 0,0, 1, 0, 0,0, 0, 1, 0,0, 0, 0, 1};vtkNew<vtkMatrix4x4> resliceAxes;resliceAxes->DeepCopy(axialElements);resliceAxes->SetElement(0, 3, center[0]);resliceAxes->SetElement(1, 3, center[1]);resliceAxes->SetElement(2, 3, center[2]);vtkNew<vtkImageReslice> reslice;reslice->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());reslice->SetOutputDimensionality(2);reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);reslice->SetInterpolationModeToLinear();vtkNew<vtkLookupTable> colorTable;colorTable->SetRange(0, 1000);colorTable->SetValueRange(0.0, 1.0);colorTable->SetSaturationRange(0.0, 0.0);colorTable->SetRampToLinear();colorTable->Build();vtkNew<vtkImageMapToColors> colorMap;colorMap->SetLookupTable(colorTable);colorMap->SetInputConnection(reslice->GetOutputPort());vtkNew<vtkImageActor> imgActor;imgActor->GetMapper()->SetInputConnection(colorMap->GetOutputPort());vtkNew<vtkRenderer> renderer;renderer->AddActor(imgActor);renderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();renderWindow->AddRenderer(renderer);renderWindow->Render();renderWindow->SetSize(640, 480);renderWindow->SetWindowName("ImageResliceExample");vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;vtkNew<vtkInteractorStyleImage> imagestyle;renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(imagestyle);renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);renderWindowInteractor->Initialize();renderWindowInteractor->Start();return 0;
}

鼠标点击进行图层切换

#include "pch.h"
#include "TestDicomImage.h"
#include "vtk_include.h"
#include "dcmtk\config\osconfig.h"
#include "dcmtk\dcmdata\dctk.h"
#include <dcmtk/dcmjpeg/djdecode.h>  /* for dcmjpeg decoders */
#include <dcmtk/dcmjpeg/djencode.h>
#include <dcmtk/dcmjpls/djdecode.h>       //for JPEG-LS decode
#include <dcmtk/dcmjpls/djencode.h>       //for JPEG-LS encode#include <set>
#include <string>using namespace std;
class vtkImageInteractionCallback : public vtkCommand{public:static vtkImageInteractionCallback *New(){return new vtkImageInteractionCallback;}vtkImageInteractionCallback(){this->Slicing = 0;this->ImageReslice = 0;this->Interactor = 0;}void SetImageReslice(vtkImageReslice *reslice){this->ImageReslice = reslice;}void SetImageMapToColors(vtkImageMapToColors *mapToColors){this->mapToColors = mapToColors;}vtkImageReslice *GetImageReslice(){return this->ImageReslice;}void SetInteractor(vtkRenderWindowInteractor *interactor){this->Interactor = interactor;}vtkRenderWindowInteractor *GetInteractor(){return this->Interactor;}virtual void Execute(vtkObject *, unsigned long event, void *){vtkRenderWindowInteractor *interactor = this->GetInteractor();int lastPos[2];interactor->GetLastEventPosition(lastPos);int currPos[2];interactor->GetEventPosition(currPos);if (event == vtkCommand::LeftButtonPressEvent){this->Slicing = 1;}else if (event == vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent){this->Slicing = 0;}else if (event == vtkCommand::MouseMoveEvent){if (this->Slicing){vtkImageReslice *reslice = this->ImageReslice;// Increment slice position by deltaY of mouseint deltaY = lastPos[1] - currPos[1];reslice->Update();double sliceSpacing = reslice->GetOutput()->GetSpacing()[2];vtkMatrix4x4 *matrix = reslice->GetResliceAxes();// move the center point that we are slicing throughdouble point[4] = {0.0};double center[4];             point[2] = sliceSpacing * deltaY;              matrix->MultiplyPoint(point, center);matrix->SetElement(0, 3, center[0]);matrix->SetElement(1, 3, center[1]);matrix->SetElement(2, 3, center[2]);mapToColors->Update();interactor->Render();}else{vtkInteractorStyle *style = vtkInteractorStyle::SafeDownCast(interactor->GetInteractorStyle());if (style){style->OnMouseMove();}}}}private:int Slicing;vtkImageReslice *ImageReslice;vtkRenderWindowInteractor *Interactor;vtkImageMapToColors *mapToColors;
};void TestDicomImage::Test(){DJDecoderRegistration::registerCodecs();DJLSEncoderRegistration::registerCodecs();        //JPEG-LS encoder registerCodecsDJLSDecoderRegistration::registerCodecs();      //JPEG-LS decoder registerCodecsint count = 273;int single_img = 512 * 512;int size_all = count * single_img;short* pBuf = new short[size_all] {0};for (int i = 1; i < 274; i++)  {string fileName = "G:\\data\\" + to_string(i) + ".DCM";DcmFileFormat *myFileFormat = new DcmFileFormat;OFCondition cond = myFileFormat->loadFile(fileName.c_str());DcmElement* pElement = nullptr;myFileFormat->getDataset()->chooseRepresentation(EXS_DeflatedLittleEndianExplicit, NULL);myFileFormat->getDataset()->findAndGetElement(DCM_PixelData, pElement);if (pElement != NULL) {int size = pElement->getLength() / 2;OFCondition cond = pElement->loadAllDataIntoMemory();if (cond.good()) {Uint16 * ptr;cond = pElement->getUint16Array(ptr);if (cond.good()) {memcpy(pBuf + (i - 1)*single_img, ptr, size * sizeof(short));}}}delete myFileFormat;}int extent[6] = { 0,511,0,511,0,272 };double spacing[3] = { 0.3, 0.3, 0.75 };double origin[3] = { 0 };double center[3] = { 0 };center[0] = origin[0] + spacing[0] * 0.5 * (extent[0] + extent[1]);center[1] = origin[1] + spacing[1] * 0.5 * (extent[2] + extent[3]);center[2] = origin[2] + spacing[2] * 0.5 * (extent[4] + extent[5]);vtkNew<vtkShortArray> dataArray;dataArray->SetArray(pBuf, size_all, 1);vtkNew<vtkImageData> pALLImageData;pALLImageData->AllocateScalars(VTK_SHORT, 1);pALLImageData->SetDimensions(512, 512, 273);pALLImageData->GetPointData()->SetScalars(dataArray);pALLImageData->SetSpacing(spacing);pALLImageData->SetOrigin(origin);static double axialElements[16] = {1, 0, 0, 0,0, 1, 0, 0,0, 0, 1, 0,0, 0, 0, 1};vtkNew<vtkMatrix4x4> resliceAxes;resliceAxes->DeepCopy(axialElements);resliceAxes->SetElement(0, 3, center[0]);resliceAxes->SetElement(1, 3, center[1]);resliceAxes->SetElement(2, 3, center[2]);vtkNew<vtkImageReslice> reslice;reslice->SetInputData(pALLImageData);reslice->SetOutputDimensionality(2);reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);reslice->SetInterpolationModeToLinear();vtkNew<vtkLookupTable> colorTable;colorTable->SetRange(0, 1000);colorTable->SetValueRange(0.0, 1.0);colorTable->SetSaturationRange(0.0, 0.0);colorTable->SetRampToLinear();colorTable->Build();vtkNew<vtkImageMapToColors> colorMap;colorMap->SetLookupTable(colorTable);colorMap->SetInputConnection(reslice->GetOutputPort());colorMap->Update();vtkNew<vtkImageActor> imgActor;imgActor->SetInputData(colorMap->GetOutput());vtkNew<vtkRenderer> renderer;renderer->AddActor(imgActor);renderer->SetBackground(0.3, 0.4, 0.3);vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;renderWindow->SetSize(500, 500);renderWindow->AddRenderer(renderer);vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;vtkNew<vtkInteractorStyleImage> imagestyle;renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(imagestyle);renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);renderWindowInteractor->Initialize();vtkNew<vtkImageInteractionCallback> callback;callback->SetImageReslice(reslice);callback->SetInteractor(renderWindowInteractor);callback->SetImageMapToColors(colorMap);imagestyle->AddObserver(vtkCommand::MouseMoveEvent, callback);imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, callback);imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent, callback);renderWindowInteractor->Start();
}

参考资料

1.vtkImageReslice Class Reference

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