Propuesta para Trabajo de Grado

CIS1230TK02

MIsT (Medical Interactive visualization Tool)

Nadia Alejandra Mejía Molina

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

BOGOTÁ, D.C.

2012
CIS1230TK02

MIsT (Medical Interactive visualization Tool)


Autor:

Nadia Alejandra Mejía Molina

MEMORIA DEL TRABAJO DE GRADO REALIZADO PARA CUMPLIR UNO DE LOS REQUISITOS PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO DE SISTEMAS

Director

Leonardo Flórez Valencia

Jurados del Trabajo de Grado

Luis Carlos Díaz Chaparro

Fabio Antonio Avellaneda Pachón

Página web del Trabajo de Grado

http://pegasus.javeriana.edu.co/~CIS1230TK02 

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

BOGOTÁ, D.C.

Noviembre, 2012

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

Rector Magnífico

Joaquín Emilio Sánchez García S.J.

Decano Académico Facultad de Ingeniería

Ingeniero Luis David Prieto Martínez

Decano del Medio Universitario Facultad de Ingeniería

Padre Sergio Bernal Restrepo S.J.

Director de la Carrera de Ingeniería de Sistemas

Ingeniero Germán Alberto Chavarro Flórez

Director Departamento de Ingeniería de Sistemas

Ingeniero César Julio Bustacara Medina

Artículo 23 de la Resolución No. 1 de Junio de 1946

“La Universidad no se hace responsable de los conceptos emitidos por sus alumnos en sus proyectos de grado. Sólo velará porque no se publique nada contrario al dogma y la moral católica y porque no contengan ataques o polémicas puramente personales. Antes bien, que se vean en ellos el anhelo de buscar la verdad y la Justicia”
AGRADECIMIENTOS

Agradezco a la Universidad por todo el conocimiento que me ha brindado, por las herramientas y el apoyo, también a mi director de trabajo de grado por haberme guiado de una manera excelente, permitiéndome desarrollar conocimiento y no dejando que me perdiera en este proceso, por haberme brindado siempre consejos, instrucciones, ayuda y ánimo para continuar haciendo lo que me gusta.

Agradezco mucho a mis compañeros de maratones de programación, ya que siempre fueron un grupo de personas inteligentes, juiciosas, interesadas y llenas de amor por su carrera, que me enseñaron a trabajar por lo que me gusta y por mis convicciones. Además del buen ambiente y todos los conocimientos de programación que me brindaron me han enseñado a pensar mejor, aprender mejor, sentirme a gusto con mis capacidades y sentirme capaz de hacer grandes cosas.

Agradezco a mi novio Andrés por apoyarme durante todo este proceso! Por hacerme sentir capaz de lograr mis objetivos y darme ánimo y tranquilizarme cuando me sentía cansada y confundida, por recordarme a cada momento lo importante que es hacer cosas que considere útiles y de verdad me inspiren.

También agradezco a mi familia por creer en mí durante toda la carrera y todo el proceso de trabajo de grado y finalmente a mis profesores por todo el conocimiento brindado y todo el interés puesto en cada una de sus enseñanzas.
CONTENIDO

Artículo 23 de la Resolución No. 1 de Junio de 1946 4

INTRODUCCIÓN 9

I - DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TRABAJO DE GRADO 10

1.Oportunidad, Problemática, Antecedentes 10

1.1Descripción del contexto 10

1.2Pregunta de investigación 10

1.3Justificación 10

1.4Impacto Esperado [6] 11

2.Descripción del Proyecto 11

2.1Visión global 11

2.2Objetivo general [6] 11

2.3Fases Metodológicas o conjunto de objetivos específicos [6] 11

2.4Método que se propuso para satisfacer cada fase metodológica [6] 12

1.Investigación inicial 12

2.Investigación avanzada I 13

3.Descripción de la arquitectura típica de motores de juegos 13

4.Selección de un motor de juegos 13

5.Investigación avanzada II 13

6.Descripción de la arquitectura típica de visualización científica 13

1.Recolección de requerimientos I 13

7.Recolección de requerimientos ll 14

8.Especificación de requerimientos 14

9.Diseño del modelo de integración 14

10.Documentación del modelo de integración 14

1.Integración de las arquitecturas 15

11.Implementación de visualización 15

1.Caso de prueba 15

12.Validación del prototipo 15

13.Corrección del prototipo 16

1.Selección de la herramienta de visualización científica 16

14.Selección de las variables de desempeño y modo de visualización 16

15.Uso de herramientas 16

16.Análisis de resultados 17

17.Construcción de la memoria 17

II - MARCO TEÓRICO 18

1.Marco Conceptual 18

1.1Descripción general de la arquitectura de VTK [3] 18

1.2Descripción general de la arquitectura de OGRE 20

18.Tipos de affectors 27

1.3Descripción general de la arquitectura de ITK 29

1.4Nivel de detalle (LOD: Level of detail) [18] 31

1.5Paraview 32

1.6Imagen binaria 33

2.Marco Institucional 33

III – DESARROLLO DEL TRABAJO 34

1.Investigación inicial 34

1.1.Selección de herramientas 34

1.2.Investigación 35

2.Idea inicial del modelo 35

2.1.Descripción del modelo de integración 36

3.Primer prototipo 37

3.1.Un plano 38

3.2.Imagen completa 39

3.3.Nivel de detalle 40

3.4.Conclusión del primer prototipo 43

4.Investigación avanzada 43

5.Segunda parte del modelo 44

5.1.Descripción del modelo de integración 45

6.Segundo prototipo 47

6.1.Un plano 47

6.2.Imagen completa 48

6.3.Conclusión del segundo prototipo 48

7.Refinación del modelo 48

7.1.Filtro de decimación 49

7.2.Cambios al modelo 49

7.3.Descripción del modelo de integración 50

8.Tercer prototipo 51

8.1.Imagen completa 51

8.2.Conclusiones del tercer prototipo 52

9.Tercera parte del modelo 52

9.1.Descripción del modelo de integración 53

10.Cuarto prototipo 54

10.1.Corte de una imagen 54

10.2.Conclusiones del cuarto prototipo 55

11.Versión final del modelo 55

11.1.Visualización de imágenes con un sistema de partículas 56

11.2.Visualización de mallas ITK con mallas de OGRE 3D 56

11.3.Visualización de cortes de imágenes 3D 58

IV - RESULTADOS Y REFLEXIÓN SOBRE LOS MISMOS 59

1.Cumplimiento de objetivos 59

1.1.Objetivo general 59

1.2.Objetivos específicos 59

2.Pruebas 61

3.Beneficios y pérdidas del uso del modelo 61

V – CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS 65

1.Conclusiones 65

1.1.Se respondió la pregunta de investigación 65

1.2.Existe un aporte a la solución de la problemática 65

1.3.Se cumplieron los objetivos 65

1.4.Es posible hacer las cosas de nuevas formas 65

2.Recomendaciones 65

2.1.Para la carrera 65

2.2.Para la universidad 66

3.Trabajos Futuros 66

3.1.Extender la funcionalidad 66

3.2.Investigar sobre nuevas características 66

3.3.Mejorar el desempeño 66

3.4.Extender el modelo 66

VI - REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA 67

1.Referencias 67

VII - ANEXOS 69

Anexo 1. Glosario 69

Pipeline 69

VTK 69

ITK 69

Motor de juegos/motor 3d/motor interactivo 69

Renderización 69

Input 69

Buffers 69

Output 69

Open-source 69

Wireframe 69

Anexo 2. Post-Mortem 70

1.Metodología propuesta vs. Metodología realmente utilizada. 70

2.Actividades propuestas vs. Actividades realizadas. 70

3.Efectividad en la estimación de tiempos del proyecto 73

4.Costo estimado vs. Costo real del proyecto 73

5.Efectividad en la estimación y mitigación de los riesgos del proyecto 74

Ilustraciones

Tablas

ABSTRACT

In the visualization of medical images, robust tools are usually used because they allow us to get a high level of detail on what we’re trying to observe. However, these tools might perform slowly for certain tasks where the user does not necessarily need much detail. This work makes use of the OGRE 3D game engine to develop a form of medical visualization with it. This is made to take advantage of the speed and interaction characteristics of games and determine whether there are more qualities that can be exploited to provide new benefits to medical imaging.

RESUMEN

En la visualización de imágenes médicas generalmente se utilizan herramientas robustas porque permiten conseguir un alto nivel de detalle en lo que se pretende de observar. Sin embargo, estas herramientas podrían funcionar lentamente realizando ciertas tareas en las que el usuario no necesariamente necesita mucho detalle. Este trabajo hace uso del motor de juegos OGRE 3D para desarrollar una forma de visualización médica. Esto se hace para sacar ventaja de las características de velocidad e interacción de los juegos y determinar si hay más cualidades que puedan ser aprovechadas para proporcionar nuevos beneficios a la visualización de imágenes médicas.

RESUMEN EJECUTIVO

La problemática atacada por medio de este proyecto consistía en que las herramientas utilizadas para la visualización de imágenes médicas son lentas al navegar el modelo cargado en memoria en determinado momento. Esto sucede porque estas herramientas brindan gran cantidad de detalle en el modelo, lo cual es útil dependiendo del caso en el que sea necesario observarlo.

No siempre es necesario tanto detalle, por lo tanto se puede hacer uso de herramientas distintas para determinar si aportan beneficios a la visualización de imágenes médicas y si solucionan el bajo desempeño de otras herramientas.

La solución propuesta consistía en realizar el desarrollo de un método de visualización médica con tecnologías que no son utilizadas usualmente para este fin. La tecnología elegida fue un motor de juegos llamado OGRE 3D, del cual se probarían estrategias de desarrollo ofrecidas por el mismo para visualizar imágenes médicas de una manera diferente y determinar qué ventajas aportan a este proceso.

Este trabajo se centró en la investigación de la manera de realizar el proceso de visualización de imágenes médicas con herramientas que no son utilizadas para ese fin. Para esto era necesario proponer una manera de integrar estas dos arquitecturas (la de visualización y la de juegos), además de probar la validez del modelo por medio de prototipos y pruebas finales sobre el mismo que permitieran concluir su utilidad.

El proyecto dio como resultado un modelo de integración entre la visualización de imágenes médicas con un motor de juegos, un prototipo que implementa el modelo en su totalidad y resultados obtenidos a partir de pruebas para determinar la utilidad del modelo propuesto.