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一款准确、高效的法医影像测量软件——3Dslicer

技术分享 廖坤 2026年6月5日 17:42

    3Dslicer是美国国家卫生研究院支持开发的一个开源医学影像可视化和处理分析软件,迄今为止已有超过20年的开发历史。该软件具有强大精准的影像分析、三维可视化功能,目前被广泛应用于临床医学研究,但在法医领域相关报道相对少见

一、三维可视化测量

    1.骨CT的三维可视化测量

    骨是人体密度最高的组织,使用实验中阈值分割方法即可完成分割任务形成三维图像,然后使用相关测量工具直接在MPR二维或三维图像上进行勾画,即可在三维图像上直观显示测量方案。对颅骨缺损、脊柱侧弯、女性骨产道、肢体长度、足横弓最高点等测量,比较直观和方便。有关女性骨产道、足横弓最高点测量,若出现三维图像上解剖结构遮挡测量标志的情况时,可以通过调整三维图像透明度,使图像呈半透明而突显测量标志(图3)。

1 足横弓最高点测量

    2.图像配准

    图像配准是通过寻找一种空间变换关系将一幅图像映射到另一幅图像上,使两图中对应于空间同一位置的点一一对应起来,实现图像融合的目的。该功能不局限于同种检查之间,CT与MRI也可配准,对颅内血肿的定位、血肿吸收情况有较高的评估价值。例如,将颅内血肿早期的CT或MRI与后期复查的影像学资料配准后,直观的对比分析血肿吸收情况、脑软化灶形成位置及范围等,为损害后果的定位、定性提供有力证据(图4)。少数原有脑软化灶部位再发颅脑损伤出血的伤病关系分析,或需要确定可疑颅脑损伤后有无动态变化的案件,图像配准也可能会带来较大的帮助。椎体骨折压缩程度一直在法医临床实践中备受关注,有时对鉴定结论起决定性作用。《规范》指出,椎体压缩程度测量宜与上、下相邻椎体相应部位高度的均值比较。然而对于椎体骨折部位脊柱侧弯或体位不正的伤者,矢状位CT图像上很难将骨折椎体及相邻椎体的同一部位显示在同一层面上,此时直接测量误差相对较大。在3Dslicer中将骨折椎体进行分割形成三维图像,采用配准功能将分割的图像投射到相邻椎体的空间位置上,以椎体下缘对齐的方式重叠,可直观的完成对比测量(图5)。同时部分椎体骨折伤者,受伤当时未发生明显压缩,需评估伤后数月椎体有无压缩及程度,此时也可使用图像配准功能将数月后的骨折椎体分割投射到受伤当时该椎体上,以椎体下缘对齐的方式,即可形成两次复查椎体的形态对比。

2 不同时期脑血肿CT配准:a.b受伤当天血肿CT、三维图像;c伤后一周血肿CT图像;d灰度图像c相同,半透明绿色掩膜a图血肿的投影

图3.椎体图像配准:a骨折椎体分割成三维图像 b骨折椎体与邻椎以椎体下缘对齐的方式配准后重直观对比椎体高度

    3.自动化分割

    由于3Dslicer的研究和使用者较多,研制出大量临床实用性强的影像功能插件,目前已能实现丰富的自动化医学影像处理功能,被广泛应用于临床研究,以下重点介绍三个在法医临床鉴定中使用频率可能较高的自动化插件:

    “Lung CT Segmenter”、“Lung CT Analyzer”,前者使用时仅需按照插件提示在肺部CT图像中点击几个点,即可迅速完成气道及全肺的分割,在原CT MPR图像中可查看分割情况,分割选定的掩膜区域与双肺、气管高度重合,说明分割准确,“Lung CT Analyzer”可对全肺进行分析,包含体积、面积、肺气肿等信息,对血胸肺压缩程度及肺功能评价有较高价值。

    “Total Segmentator”是最新发布对全身所有器官进行自动化分割的插件,无需繁琐操作,可迅速在几分钟内完成自动完成全身所有器官的分割。我们尝试使用该插件对腹部CT进行完全分割并重组各脏器三维图像,在CT原图像上观察分割情况发现选定的分割区域与目标器官均高度重合,说明分割较准确(图5)。当然,因该软件应用于法医临床实践少,暂不能确定该插件在某些特定异常情况下(如器官部分缺损、血肿压迫等)也能完成准确分割。但若出现分割不准,可在CT原图像MPR窗口中进行手动修改掩膜范围进行校准。与其它分割方式相比,“Total Segmentator”能较大程度减少器官三维重建的工作量,对器官缺损的法医学评估有较大的帮助,同时也能应用于全身多个器官的三维可视化测量。

 

4 腹部自动分割图像:不同颜色掩膜为已选定分割区域,与原CT灰度图像上的器官形态、大小一致

二、展望

   体积、面积、长度、角度等法医临床需要量化的指标,目前已有较多准确可靠的检测方法。从方法的准确度、可视化、自动化、可操作性等多方面的综合考量,3Dslicer软件无疑是目前最适合于法医临床检验鉴定的影像软件之一。研究资料显示,以Web of Science核心合集(WoSCC)为数据来源的AI应用于法医学领域相关文献最早始于1983年,截止2023年9月30日,已累计2287条文献,其中2018年以前,年平均发文量均在100篇/年以下,2018至2022年发文量突然上升,2022年最多。由此可见,AI在法医学领域已有较长的发展历史,且近几年发展迅猛,是法医学领域探索新技术的方向。目前国内法医临床运用人工智能辅助阅片,对鼻骨骨折、肋骨骨折、脊柱椎体骨折、膝关节损伤等的评价,已取得阶段性成果。在司法鉴定标准化建设的道路上,3Dslicer新功能的研发可实现科学、客观、自动化程度更高的司法鉴定定量、定性分析,是推动人工智能AI在法医学鉴定中运用与发展的新思路。

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