VTK_Learning_三维图像切片（一）

1.三维图像切片提取

切片是指三维图像中的一个切面对应的图像。切面可以是过图像内部一点且平行于XY、YZ、XZ平面的平面，也可以是任意的过三维图像内部一点任意方向的平面。通过提取切片可以方便的浏览和分析图像内部组织结构，是医学图像浏览软件中的一个重要的功能。在VTK中vtkImageReslice类实现图像切片提取功能。

下面是切片提取的代码：

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkMetaImageReader.h>
#include <vtkMatrix4x4.h> //
#include <vtkImageReslice.h>
#include <vtkLookupTable.h>
#include <vtkImageMapToColors.h>
#include <vtkImageActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkInteractorStyleImage.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
  vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader> reader = vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader>::New(); //创建读取dicom图片指针对象
  reader->SetDirectoryName("D:/workSpace/DICM/sunguihua/SGH"); //设置医学图像文件夹路径
  reader->SetDataByteOrderToLittleEndian();
  reader->Update();
  cout << "读取数据完成" << endl;


  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
  };

  vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4> resliceAxes =
    vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4>::New();
  resliceAxes->DeepCopy(axialElements);
  resliceAxes->SetElement(0, 3, center[0]);
  resliceAxes->SetElement(1, 3, center[1]);
  resliceAxes->SetElement(2, 3, center[2]);

  vtkSmartPointer<vtkImageReslice> reslice =
    vtkSmartPointer<vtkImageReslice>::New();
  reslice->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
  reslice->SetOutputDimensionality(2);
  reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);
  reslice->SetInterpolationModeToLinear();
  //*****************************************************************//
  vtkSmartPointer<vtkLookupTable> colorTable =
    vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();
  colorTable->SetRange(-500, 1500);
  colorTable->SetValueRange(0.0, 1.0);
  colorTable->SetSaturationRange(0.0, 0.0);
  colorTable->SetRampToLinear();
  colorTable->Build();
  vtkSmartPointer<vtkImageMapToColors> colorMap =
    vtkSmartPointer<vtkImageMapToColors>::New();
  colorMap->SetLookupTable(colorTable);
  colorMap->SetInputConnection(reslice->GetOutputPort());
  colorMap->Update();
  //*****************************************************************//
  vtkSmartPointer<vtkImageActor> imgActor =
    vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
  imgActor->SetInputData(colorMap->GetOutput());

  vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer =
    vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
  renderer->AddActor(imgActor);
  renderer->SetBackground(0.4, 0.5, 0.6);

  vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
  renderWindow->AddRenderer(renderer);
  renderWindow->Render();
  renderWindow->SetSize(640, 480);
  renderWindow->SetWindowName("Extract3Dslice");

  vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
  vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage> imagestyle =
    vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage>::New();
  rwi->SetInteractorStyle(imagestyle);
  rwi->SetRenderWindow(renderWindow);
  rwi->Initialize();
  rwi->Start();

  return 0;

}
首先通过vtkMetaImageReader读取一张医学三维图像，并获取得到图像范围（extent），原点和像素间隔；由这三个参数可以计算图像的中心位置center；接下来定义了切面的变换矩阵axialElements，该矩阵的前三列分别表示x、y和z方向向量，第四列为中心点坐标；

2.切面的定义

理解：VTK的切面，是在切面坐标系下进行的，总是垂直Z轴方向，原点位置进行切割的。因此需要把三维图像变换到切面坐标系中进行切割。

vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4> resliceAxes = vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4>::New(); reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);

首先通过vtkDICOMImageReader读取一张医学三维图像，并获取得到图像范围（extent），原点和像素间隔；由这三个参数可以计算图像的中心位置center；接下来定义了切面的变换矩阵axialElements，该矩阵的前三列分别表示x、y和z方向向量，第四列为中心点坐标；

代码中的axialElements表示切面变换矩阵与当前坐标系一致，且切面为过中心点center，并平行于XY平面的平面（垂直Z轴），当前，定义该切面时，也可以是其他平面，甚至是任意平面，但是必须要过图像内部点。

下面给出了一个常用的变换矩阵。 

提取平行于XY平面的切片：

static double axialElements[16] = { 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1 };

提取平行于XZ平面的切片：

static double coronalElements[16] = { 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0,-1, 0, 0, 0, 0, 0, 1 };

 

提取平行于YZ平面的切片：

static double sagittalElements[16] = { 0, 0,-1, 0, 1, 0, 0, 0, 0,-1, 0, 0, 0, 0, 0, 1 };

提取斜切切片：

static double obliqueElements[16] = { 1, 0, 0, 0, 0, 0.866025, -0.5, 0, 0, 0.5, 0.866025, 0, 0, 0, 0, 1 };

注意：使用这些变换矩阵的时候，需要将第四列替换为切片经过图像的一个点坐标，上例中将图像的中心添加到axialElements矩阵，并通过函数SetResliceAxes设置变换矩阵，SetOutputDimensionality(2)指定输出的图像为一个二维图像；而函数SetInterpolationModeToLinear()则指定了切面提取中的差值方式为线性差值，另外该类中还提供了其他的插值方式：
SetInterpolationModeToNearestNeighbor()：最近邻方式
SetInterpolationModeToCubic()：三次线性差值
设置完毕后，执行Update()即可完成切面计算。