Visualization and Localization of Fusion Image Using VRML for Three-dimensional Modeling of Epileptic Seizure Focus

VRML을 이용한 융합 영상에서 간질환자 발작 진원지의 3차원적 가시화와 위치 측정 구현

In medical imaging, three-dimensional (3D) display using Virtual Reality Modeling Language (VRML) as a portable file format can give intuitive information more efficiently on the World Wide Web (WWW). The web-based 3D visualization of functional images combined with anatomical images has not studied much in systematic ways. The goal of this study was to achieve a simultaneous observation of 3D anatomic and functional models with planar images on the WWW, providing their locational information in 3D space with a measuring implement using VRML. MRI and ictal-interictal SPECT images were obtained from one epileptic patient. Subtraction ictal SPECT co-registered to MRI (SISCOM) was performed to improve identification of a seizure focus. SISCOM image volumes were held by thresholds above one standard deviation (1-SD) and two standard deviations (2-SD). SISCOM foci and boundaries of gray matter, white matter, and cerebrospinal fluid (CSF) in the MRI volume were segmented and rendered to VRML polygonal surfaces by marching cube algorithm. Line profiles of x and y-axis that represent real lengths on an image were acquired and their maximum lengths were the same as 211.67 mm. The real size vs. the rendered VRML surface size was approximately the ratio of 1 to 605.9. A VRML measuring tool was made and merged with previous VRML surfaces. User interface tools were embedded with Java Script routines to display MRI planar images as cross sections of 3D surface models and to set transparencies of 3D surface models. When transparencies of 3D surface models were properly controlled, a fused display of the brain geometry with 3D distributions of focal activated regions provided intuitively spatial correlations among three 3D surface models. The epileptic seizure focus was in the right temporal lobe of the brain. The real position of the seizure focus could be verified by the VRML measuring tool and the anatomy corresponding to the seizure focus could be confirmed by MRI planar images crossing 3D surface models. The VRML application developed in this study may have several advantages. Firstly, 3D fused display and control of anatomic and functional image were achieved on the m. Secondly, the vector analysis of a 3D surface model was defined by the VRML measuring tool based on the real size. Finally, the anatomy corresponding to the seizure focus was intuitively detected by correlations with MRI images. Our web based visualization of 3-D fusion image and its localization will be a help to online research and education in diagnostic radiology, therapeutic radiology, and surgery applications.

World Wide Web (WWW)에서 Virtual Reality Modeling Language (VRML)를 이용하는 3차원 (3D) 디스플레이는 사용자에게 직관적인 정보를 더 효과적으로 제공해 준다. 웹을 기반으로 하는 해부학적 영상과 융합되는 기능적 영상의 3D 가시화는 아직까지 체계적인 방식으로 연구가 활발히 진행되지 않았다. 이 연구의 목적은 2D 영상들과 함께 웹에서 VRML을 이용하여 구현되는 3D 해부학적 표면 영상들과 기능적 표면 영상들을 동시적으로 관찰할 수 있게 하고 VRML을 통해 만들어진 거리 측정 도구를 가지고 관심영역의 공간적인 위치 정보를 제공하는 것이다. 본 연구에서는 한 명의 간질 환자로부터 Magnetic Resonance (MR) 축면 영상과 발작기 및 발작간기 Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) 축면 영상들을 각각 획득하였다. 발작 진원지의 확인을 향상시키기 위해서 subtractionictal SPECT coregistered to MRI (SISCOM)을 수행하였다 SISCOM 결과로 나타난 각 2D 영상들은 모든 voxel들의 평균값 위로 1-표준편차와 2-표준편차에 해당하는 문턱 이상의 영상 값을 갖도록 하였다. SISCOM으로 나타나는 간질 발작 진원지들과 MRI 영상에서 회색질, 백색질 및 뇌척수액의 경계들을 각각 분할하고 marching cube 알고리즘에 의해 VRML 표면 영상들로 나타내었다. 축면 영상에서 실제 거리를 나타내는 x, y축의 길이를 획득하고 z축선의 길이를 계산하였다. VRML을 이용한 거리 측정도구를 만들어 이전의 VRML 표면 영상들과 융합하였다. MRI 영상을 이용하여 3D 표면 영상들의 단면을 나타내고 3D 표면 영상들의 투명도를 설정하기 위해 Java Script 루틴을 사용자 인터페이스 도구로서 삽입하였다 웹 페이지에서 구현되는 3D 표면 영상들의 투명도와 관찰 위치를 조절함에 따라 모델들 사이의 공간적인 정보를 직관적으로 알 수 있었다. 간질 발작 진원지에 대응하는 해부학적 구조를 3D 표면 영상들을 가로지르는 MRI 평면 영상들을 통해서 확인하였다 간질 발작 진원지는 뇌의 오른쪽 측두엽에서 나타났고 공간적으로 발작 진원지의 실제 위치를 VRML 거리 측정 도구에 의해 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 제시하는 웹에 근거한 3D 융합 영상의 가시화와 위치 측정은 진단 및 치료 방사선학과 외과학 등의 분야에서 온라인 방식의 연구와 교육에 있어 많은 도움을 줄 것이다.