C#開發PACS醫學影像處理系統(十五)：Dicom影像交叉定位線演算法

喬克灬叔叔發表於2020-09-17

C#演算法

1.定位線概念：某個方位的影像在另一個方向的影像上的投影相交線，例如橫斷面(從頭到腳的方向)在矢狀面(從左手到右手)上的影像投影面交線。

舉個例子：右邊的是MR(核磁共振)的某一幀切片，這是從頭開始掃描，掃描到眼睛這個位置，

而左邊影像是從左手到右手的掃描切片，那麼右邊影像的位置就恰好在左邊影像的眼睛的位置，用紅線標出的位置則為定位線，一般用於醫生參考病灶在矢狀面、冠狀面和橫斷面的具體方位。

2.檢查裝置示意圖

在笛卡爾空間直角座標系中，Y 右肩膀到左肩膀，X 後背到前胸，Z 足到頭

3.演算法流程

4.程式碼實現：

建立影像結構

public FrameGeometry(DicomDataset image)
            : this(image.GetString(DicomTag.FrameOfReferenceUID),
                  image.GetValues<double>(DicomTag.ImagePositionPatient),
                  image.GetValues<double>(DicomTag.ImageOrientationPatient),
                  image.GetValues<double>(DicomTag.PixelSpacing),
                  image.GetSingleValue<int>(DicomTag.Columns),
                  image.GetSingleValue<int>(DicomTag.Rows))
        {
            // TODO: 
　　　　　　　　　　 FrameOfReferenceUID:圖片UID
　　　　　　　　　　 ImagePositionPatient：病人方向
　　　　　　　　　　 ImageOrientationPatient：圖片方向
　　　　　　　　　　 PixelSpacing：畫素間距
　　　　　　　　　　 Columns：寬度
　　　　　　　　　　 Rows：高度

        }

判斷是否符合定位條件：

　　　　 /// <summary>/// 判斷是否可以畫定位線
        /// </summary>
        /// <param name="sourceFrame">源影像結構</param>
        /// <param name="destinationFrame">目標影像結構</param>
        /// <returns></returns>
        public static bool CanDrawLocalizer(FrameGeometry sourceFrame, FrameGeometry destinationFrame)
        {
            // 檢查影像結構
            if (sourceFrame == null) return false;
            if (destinationFrame == null) return false;

            // 如果兩個幀中的任何一個不是空間座標系，則無法定位
            if (sourceFrame.Orientation == FrameOrientation.None || destinationFrame.Orientation == FrameOrientation.None) return false;
            // 只有正交影像才能繪製，方向相同則退出
            if (sourceFrame.Orientation == destinationFrame.Orientation) return false;

            // 檢查FrameOfReferenceUid
            if (string.IsNullOrEmpty(sourceFrame.FrameOfReferenceUid) || string.IsNullOrEmpty(destinationFrame.FrameOfReferenceUid)) return false;
            if (sourceFrame.FrameOfReferenceUid != destinationFrame.FrameOfReferenceUid) return false;

            return true;
        }

計算交線點：

 　　　　/// <summary>
        ///回兩個影像相交處公共畫素線
        /// </summary>
        /// <param name="sourceFrame">源影像結構</param>
        /// <param name="destinationFrame">目標影像結構</param>
        /// <param name="startPoint">起點輸出</param>
        /// <param name="endPoint">重點輸出</param>
        /// <returns></returns>
        public static bool CalcualteIntersectionLocalizer(FrameGeometry sourceFrame, FrameGeometry destinationFrame, out Point2 startPoint, out Point2 endPoint)
        {
            double t; // 平面方程係數
            double nA, nB, nC, nD, nP;
            var lstProj = new List<Point3D>();

            // 初始化
            startPoint = Point2.Origin;
            endPoint = Point2.Origin;

            // 驗證
            if (destinationFrame.DirectionNormal.IsZero)
                return false;

            nP = destinationFrame.DirectionNormal * destinationFrame.PointTopLeft;
            nA = destinationFrame.DirectionNormal * sourceFrame.PointTopLeft;
            nB = destinationFrame.DirectionNormal * sourceFrame.PointTopRight;
            nC = destinationFrame.DirectionNormal * sourceFrame.PointBottomRight;
            nD = destinationFrame.DirectionNormal * sourceFrame.PointBottomLeft;

            //  AB
            if (Math.Abs(nB - nA) > Constants.Epsilon)
            {
                t = (nP - nA) / (nB - nA);
                if (t > 0 && t <= 1)
                    lstProj.Add(sourceFrame.PointTopLeft + t * (sourceFrame.PointTopRight - sourceFrame.PointTopLeft));
            }

            // BC
            if (Math.Abs(nC - nB) > Constants.Epsilon)
            {
                t = (nP - nB) / (nC - nB);
                if (t > 0 && t <= 1)
                    lstProj.Add(sourceFrame.PointTopRight + t * (sourceFrame.PointBottomRight - sourceFrame.PointTopRight));
            }

            // CD
            if (Math.Abs(nD - nC) > Constants.Epsilon)
            {
                t = (nP - nC) / (nD - nC);
                if (t > 0 && t <= 1)
                    lstProj.Add(sourceFrame.PointBottomRight + t * (sourceFrame.PointBottomLeft - sourceFrame.PointBottomRight));
            }

            // DA
            if (Math.Abs(nA - nD) > Constants.Epsilon)
            {
                t = (nP - nD) / (nA - nD);
                if (t > 0 && t <= 1)
                    lstProj.Add(sourceFrame.PointBottomLeft + t * (sourceFrame.PointTopLeft - sourceFrame.PointBottomLeft));
            }

            if (lstProj.Count != 2)
                return false;

            // 從空間座標系返回平面座標系
            startPoint = destinationFrame.TransformPatientPointToImage(lstProj[0]);
            endPoint = destinationFrame.TransformPatientPointToImage(lstProj[1]);
            return true;
        }