Conversão de Imagens em Arquivos DICOM com o OrtogOnBlender =========================================================== | **Cicero Moraes** | *3D Designer, Arc-Team Brazil, Sinop-MT* | | **Eduardo Dallazen** | *Cirurgião BMF, Mestrando FOA/UNESP, Araçatuba-SP* | | **Rodrigo Dornelles** | *Cirurgião Plástico, Núcleo de Plástica Avançada - NPA, São Paulo-SP* | | **Everton da Rosa** | *Cirurgião BMF, Hospital de Base, Brasília-DF* | | DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.14445366 .. only:: html ISBN: **978-65-00-29233-6** .. figure:: images/ImgDICOM_capa.jpg :align: center O presente capítulo tem por objetivo apresentar a conversão de imagens .JPG em arquivos DICOM utilizando interface gráfica disponível no OrtogOnBlender. .. attention:: Este material utiliza a seguinte licença Creative Commons: **Atribuição 4.0 Internacional (CC BY 4.0)**. ------------ Apresentação ------------ As tomografias computadorizas permitem ao usuário acessar digitalmente as regiões internas de um corpo ou objeto. Há uma grande oferta de serviços principalmente voltados a clínicas de tratamento humano, mas a cada dia aumenta o número de campos que se beneficiam da tomografia computadorizada e suas novas tecnologias, como por exemplo a arqueologia e a biologia. No caso da biologia, as micro tomografias ou *micro CT-Scan*, permitem a digitalização de pequenos animais e a observação detalhada de suas anatomias. Não são todos os centros de pesquisa que possuem o acesso a esses equipamentos, mas graças à internet e a portais como o `YouTube `_ ou o `Digimorph `_, é possível analisar materiais gerados por terceiros. Os vídeos disponibilizados de modo online podem ser baixados e convertidos em imagens e estas por sua vez, em arquivos DICOM, o que pode evoluir para uma reconstrução 3D da estrutura. Há também um número significativo de exames tomográficos que são disponibilizados como imagens .JPG ou .TIF e ainda aqueles mais antigos cuja a única fonte é uma impressão em folha ou filme. Em ambos os casos o material pode ser escaneado, segmentado (recortado) e convertido em arquivo DICOM. .. warning:: Este capítulo é direcionado a usuários contumazes do OrtogOnBlender, de modo que não serão explanados conceitos básicos relacionados ao *add-on*, focando principalmente nos resultados do desempenho. ------------- Como Funciona ------------- As ferramentas de conversão de vídeo em imagens e de imagens em DICOM já estão disponíveis no OrtogOnBlender há um bom tempo, no entanto, a solução apresentava uma série de *bugs* e não funcionava no sistema operacional Mac OS X, apenas no Linux e no Windows. O problema foi resolvido ao se utilizar para o conversão o aplicativo `img2dcm `_, as biblioteca `Pydicom `_ e `Python SimpleITK `_ e também substuindo o VolView, já defasado, pelo `Slicer `_, uma solução efetivamente multiplataforma. .. attention:: A subistituição do `VolView `_ se deveu exclusivamente ao fato do mesmo não oferecer instalação para sistemas Mac OS X mais modernos, comprometendo o uso multiplataforma do OrtogOnBlender. A ferramenta é robusta e pode ser muito útil na conversão de uma série de arquivos de tomografias digital, principalmente aqueles pertencentes a máquinas mais antigas. O programa ainda se faz presente na instalação do OrtogOnBlender para o Linux e o Windows, podendo ser acessado no diretório de principal. .. figure:: images/ImgDICOM_1.png :align: center Dimensões do *voxel*. A ferramenta se encontra na seção **Images to CT-Scan** na aba **Others** posicionada à direita na 3D View. Ao expandir a seção a primeira parte é composta pelo campo onde o usuário indicará o diretório com a sequência de imagens (Fig. 1). Em **Dimensions** é informado o valor de cada *pixel*, por padrão é 1mm, ou seja, se for reconstruída um voxel de 100x100x100 o tamanho da matriz será de 10cmx10cmx10cm. Ao clicar em **Convert Images to CT-Scan** o arquivo de tomografia é gerado e aberto pelo Slicer. .. figure:: images/ImgDICOM_2.png :align: center Cálculo do valor do *pixel*. Quase sempre é necessário adequar o valor dos eixos para colocar a tomografia na escala (Fig. 2). Essa parte da ferramenta permite ao usuário informar o valor real do objeto (Real Size), o valor atual da medida (Current Size), e através de um cálculo (Calculate!) receber o valor do pixel no eixo (Scale Factor). .. figure:: images/ImgDICOM_4.jpg :align: center Passo-a-passo do cálculo do valor do *pixel*. Como exemplo, o usuário gera a tomografia que é aberta no Slicer. Naquele software há a ferramenta Ruler (régua) na parte superior da interface (Fig. 3, A). Assim que a ferramenta é acionada, basta clicar em dois pontos de uma medida conhecida. O exemplo conta com uma escala apresentando 0.5 mm, que ao ser medida revela-se na verdade 100 mm (Fig. 3, B). No OrtogOnBlender o cálculo do fator é feito, colocando o Real Size, ou seja, o tamanho real que é 0.5, em seguida o Current Size, que é o tamanho atual, ou seja 100 mm. Ao clicar em Calculate! o valor resultante é 0.005 (Fig. 3, C). O usuário então fechará o Slicer, voltará ao OrtogOnBlender, corrigirá esse valor na parte superior da interface (ver Fig. 1), rodará novamente o gerador de DICOM (Convert Images to CT-Scan) e ao fazer novamente a medida, se tudo der certo o valor resultante será o mesmo da escala (Fig. 3, D). .. tip:: Há um material amplamente explanativo disponível na documentação oficial do OrtogOnBlender, trata-se do capítulo intitulado **Convertendo um Vídeo em um Arquivo DICOM** :cite:`OOBDICOM2020`. Lá é descrito todo o processo de conversão, desde o download de um vídeo no YouTube, passando pela conversão em uma sequência de imagens, a conversão da imagens em arquivos DICOM e finalmente a reconstrução 3D da captura. .. warning:: Recomanda-se fortemente utilizar a ferramenta **VTK + ITK** :cite:`OOBVTKITK2020` para a reconstrução 3D dos arquivos DICOM gerados a partir de imagens. -------------- Estudo de Caso -------------- Uma pequena peça óssea foi digitalizada e disponibilizada como uma série de 1696 arquivos .JPG de 1528x1528 *pixels*. A informação prévia é de que se tratava de uma tomografia de proporção 1x1x1, ou seja, o *voxel* apresenta o mesmo fator em todos os eixos. .. warning:: Os nomes dos arquivos de imagens **não podem conter espaços** sob pena de gerar erro no momento da conversão. Em face disto, recomenda-se ao usuário renomear a sequência, caso seja necessário, evitando além dos espaços, caracteres especiais como o ç, ã, í, etc. .. figure:: images/ImgDICOM_5.jpg :align: center Medida dos pontos mais extremos da peça. Foi efetuada uma medida nas extremidades mais distantes e sólidas da peça, de modo a extrair um valor conhecido. O resultado foi 5.33 mm (Fig. 4). .. figure:: images/ImgDICOM_6.jpg :align: center Correção da escala. Gerou-se uma tomografia mantendo os valores padronizados da ferramenta (Fig. 5, A). Assim que a tomografia foi aberta no Slicer, com a ferramenta régua, mensurou-se as extremidades da peça, resultando no valor 1.45e-03mm (Fig. 5, B), que corresponde a 1.45^10³, ou seja, 1450mm. Para corrigir a distância, que corresponde a 1,45m, recorreu-se a parte inferior da ferramenta, onde foram indicadas a distância real (5.33) e a distância atual (1450), resultando no fator 0.00368 após o cálculo (Fig. 5, C). Gerada novamente a tomografia e procedida a medida, atestou-se que o *voxel* estava na escala (Fig.5, D). .. figure:: images/ImgDICOM_7.png :align: center Dados da matriz 3D. Ainda no Slicer e recorrendo ao módulo Data, é possível acessar os dados da tomografia e nesse caso, tem-se uma matriz de **1528** x **1528** x **1696**, ou seja, trata-se de 1696 imagens sobrepostas, cada uma com as dimensões de 1528x1538px. Em seguida aparecem três outros valores, **0.00368mm** x **0.00368mm** x **0.00368mm** (Fig. 6). Isso significa que o *voxel*, grosso modo, o "*pixel* 3D" da imagem tem essas três dimensões. Então, se temos 1528px de um lado, vezes o fator do *voxel* naquele lado, ou seja 0,00368, resultará em 5,62 mm. É possível aferir que cada imagem tem 5,62 x 5,62 mm, mas ainda falta o altura da tomografia, composta pelas 1696 fatias. Se já conta-se com o valor do espaço, basta multiplicar, nesse caso: 1696 x 0,00368 = 6,24 mm. Logo, temos uma tomografia de 5,62 x 5,62 x 6,24 mm. As dimensões da tomografia são muito pequenas, mas a resolução da mesma é muito grande, se multiplicados todos os lados (1.528x1.528x1.696 = 3.959.793.664) o resultado será quase 4 trilhões de *voxels*! Por padrão o OrtogOnBlender trabalha com matrizes limitadas em 512 *pixels*, multiplicando todos os lados (512x512x512 = 134.217.728) chaga-se ao valor de pouco mais de 134 milhões de *voxels*, ou seja, 3,39% do volume da tomo aqui abordada. Isso certamente vai permitir que o computador processe a informação de modo muito mais rápido. A questão é como reduzir a resolução? .. figure:: images/ImgDICOM_8.png :align: center Cálculo de redução da resolução. O cálculo para reduzir a resolução é simples, basta tomar o valor atual dos *pixels* em um eixo, dividir pelos *pixels* pretendidos e depois multiplicar o resultado pela dimensão atual do eixo do *voxel*. Se tomarmos, por exemplo, o eixo com 1528 px teremos o seguinte resultado para o fator de redução: 1528 ÷ 512 = **2,9844**. O valor de 2,9844 trata-se do fator que será utilizado para aumentar o tamanho do *voxel* em um eixo, se atualmente o valor dele é 0,00368 basta multiplicá-lo pelo fator em questão: 2,9844 * 0,00368 = **0,01099**. Pode parece confuso em um primeiro momento para aqueles que não estão acostumados com o uso de matrizes de *voxels*, mas o que procedeu foi simplesmente manter o mesmo volume e aumentar o tamanho dos *voxels* dentro dele, logo, manter as mesmas dimensões gerais e diminuir a resolução, como pode ser visto nas imagens de exemplo ATUAL e PRETENDIDO (Fig. 7) O mesmo acontece se o cálculo for aplicado nos demais eixos, teremos então os seguintes resultados para as dimensões do *voxel*: **0,01099** x **0,01099** x **0,01219 mm**. .. figure:: images/ImgDICOM_9.png :align: center Dimensões em pixels e voxels. Cabe reforçar que as dimensões da tomografia permanaceram as mesmas, ou seja: 5,62 mm x 5,62 mm x 6,24 mm. O que mudou foi o tamanho de cada *voxel* em milímetro. Anteriormente cada voxel contava com as seguintes dimensões: 0,00368 mm x 0,00368 mm x 0,00368. Depois do redimensionamento passaram a ter as seguintes dimensões: 0,01099 x 0,01099 x 0,01219 mm. Os pixels permaneceram os mesmos, ou seja 1 x 1 x 1 px (Fig. 8). A diferença do último eixo se deveu a uma redução maior no mesmo, posto que anteriormente a matriz do voxel era de 1528 x 1528 x 1696 px, ou seja o último eixo continha um valor diferente. Já a mariz posterior igualou os três eixos em 512 x 512 x 512 px. .. warning:: A dimensão da imagem em pixels não está atrelada necessariamente a dimensão em milímetros da mesma, isso é definido pelas milímetros do *voxel*. A microtomografia descrita aqui é um bom exemplo, posto que a resolução das fatias era grande, mas as dimensões das mesmas são reduzidíssimas quando comparadas com a matriz de uma tomografia médica. .. figure:: images/ImgDICOM_10.png :align: center Redimensionamento. Para mudar a resolução da tomografia no Slicer é necessário clicar no menu dos módulos, e em seguida **Legacy** --> **Filtering** --> **Resample Scalar Volume**. Em **Spacing**, preencher com as dimensões do *voxel*, usando o ponto como delimitador decimal e a vírgula para separar os valores, mantendo selecionada logo abaixo a opção **linear** (Fig. 9). Em **Input Volume** é selecionada a tomografia que sofrerá a alteração e em **Output Volume** o usuário pode selecionar a opção de igual nome. A clicar em **Apply** uma nova matriz com menor resolução será criada. .. figure:: images/ImgDICOM_11.png :align: center Redimensionamento. Ao se observar as informações da tomografia gerada, atesta-se que a mesma conta agora com novas dimensões no *voxel* e foi reduzida para 512x512x512 *pixels* (Fig. 10). --------- Conclusão --------- A ferramenta de conversão de imagens em arquivos DICOM se mostrou rosbusta e funcional, principalmente quando utilizada em conjunto com a reconstrução de tomografias pela opção VTK ITK no OrtogOnBlender. ------- Galeria ------- Alguns exemplos foram selecionados de modo a apresentar as possibilidades ofereceidas pelas ferramentas. .. figure:: images/ImgDICOM_ins.jpg :align: center Microtomografia de um *Dicronorrhina derbyana* a partir de vídeo disponível na `página `_ da Universidade do Estado do Arizona. .. figure:: images/ImgDICOM_ins_2.jpg :align: center Microtomografia de uma *Drosophila melanogaster* a partir de vídeo disponível na em artigo publicado por Schoborg et al. :cite:`OOBTESTE`. .. figure:: images/ImgDICOM_exemplos.jpg :align: center Conjunto de exemplos contendo a microtomografia de uma `rosa `_, ressonância magnética de uma `lula `_, microtomografia de um `dente `_ e de uma prótese de `titânio `_. .. .. bibliography:: references.bib :labelprefix: B :style: plain :cited: