Инструментарий Insight для сегментации и регистрации

Разработчики)	Консорциум программного обеспечения Insight
Начальная версия	31 июля 2001 г .; 22 года назад
Стабильная версия	5.3.0 / 20 декабря 2022 г .; 17 месяцев назад
Репозиторий	github .с /InsightSoftwareConsortium /ИТК ;
Написано в	С , С++ , Фортран , Питон
Операционная система	Кросс-платформенный
Тип	Библиотека разработки
Лицензия	Апач 2.0
Веб-сайт	www .itk .org

ITK — это кроссплатформенная среда разработки приложений с открытым исходным кодом, широко используемая для разработки программ сегментации и регистрации изображений . Сегментация — это процесс идентификации и классификации данных, найденных в цифровом представлении. Обычно выборочное представление представляет собой изображение, полученное с помощью таких медицинских приборов, как сканеры КТ или МРТ. Регистрация — это задача согласования или установления соответствия между данными. Например, в медицинской среде компьютерная томография может быть совмещена с МРТ-сканированием, чтобы объединить информацию, содержащуюся в обоих случаях.

ITK был разработан при финансовой поддержке Национальной медицинской библиотеки ( США ) как открытый ресурс алгоритмов анализа изображений проекта Visible Human Project . ITK означает The Insight Segmentation and Registration Toolkit . Набор инструментов предоставляет передовые алгоритмы сегментации и регистрации в двух, трех и более измерениях. ITK использует среду сборки CMake для управления процессом настройки. Программное обеспечение реализовано на C++ и адаптировано для Python . Ответвление проекта ITK, обеспечивающее упрощенный интерфейс ITK на восьми языках программирования, SimpleITK , также находится в стадии активной разработки.

Введение [ править ]

Происхождение [ править ]

В 1999 году Национальная медицинская библиотека Национальных институтов здравоохранения США заключила трехлетний контракт на разработку набора инструментов для регистрации и сегментации с открытым исходным кодом, который в конечном итоге стал известен как Insight Toolkit (ITK). Менеджером проекта NLM компании ITK был доктор Терри Ю, который координировал деятельность шести генеральных подрядчиков, входивших в состав Insight Software Consortium . В число этих членов консорциума входили три коммерческих партнера — GE Corporate R&D, Kitware , Inc. и MathSoft (теперь название компании — Insightful); и три академических партнера: Университет Северной Каролины ( UNC ), Университет Теннесси (Юта) и Пенсильванский университет (UPenn). Основными исследователями для этих партнеров были соответственно Билл Лоренсен из GE CRD, Уилл Шредер из Kitware, Викрам Чалана из Insightful, Стивен Эйлуорд с Луисом Ибаньесом из UNC (оба впоследствии перешли в Kitware), Росс Уитакер с Джошем Кейтсом из UT (оба сейчас в Юте) и Димитрис Метаксас в Университете Пенсильвании (Димитрис Метаксас сейчас в Университет Рутгерса ). Кроме того, в консорциум вошли несколько субподрядчиков, в том числе Питер Ратиу из Brigham & Women's Hospital, Селина Имелинска и Пэт Молхолт из Колумбийского университета , Джим Ги из лаборатории Grasp Lab Университета Пенсильвании и Джордж Стеттен из Питтсбургского университета .

Технические подробности [ править ]

ITK — это набор программных инструментов с открытым исходным кодом для регистрации и сегментации. Сегментация — это процесс идентификации и классификации данных, найденных в цифровом представлении. Обычно выборочное представление представляет собой изображение, полученное с помощью таких медицинских приборов, как сканеры КТ или МРТ . Регистрация — это задача согласования или установления соответствия между данными. Например, в медицинской среде компьютерная томография может быть совмещена с МРТ-сканированием, чтобы объединить информацию, содержащуюся в обоих случаях.

ИТК реализован на C++. ITK является кроссплатформенным и использует среду сборки CMake для управления процессом компиляции. Кроме того, автоматизированный процесс упаковки создает интерфейсы между C++ и другими языками программирования, такими как Java и Python. Это позволяет разработчикам создавать программное обеспечение, используя различные языки программирования. Реализация ITK использует технику универсального программирования с использованием шаблонов C++.

Поскольку ITK — это проект с открытым исходным кодом, разработчики со всего мира могут использовать, отлаживать, поддерживать и расширять программное обеспечение. ITK использует модель разработки программного обеспечения, называемую экстремальным программированием . Экстремальное программирование сводит обычную методологию создания программного обеспечения к одновременному итеративному процессу проектирования-реализации-тестирования-выпуска. Ключевыми особенностями экстремального программирования являются общение и тестирование. Общение между членами сообщества ITK помогает управлять быстрым развитием программного обеспечения. Тестирование — это то, что поддерживает стабильность программного обеспечения. В ITK существует обширный процесс тестирования (с использованием CDash ), который ежедневно измеряет качество. публикуется Панель тестирования ITK постоянно, что отражает качество программного обеспечения.

Разработчики и участники [ править ]

Первоначально Insight Toolkit был разработан шестью основными организациями.

Комплект поставки
GE Корпоративные исследования и разработки
Проницательный
Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
Университет Юты
Пенсильванский университет

и три субподрядчика

После своего создания программное обеспечение продолжало расти благодаря вкладу других учреждений, в том числе

Финансирование [ править ]

Финансирование проекта осуществляется Национальной медицинской библиотекой Национальных институтов здравоохранения. НЛМ, в свою очередь, получило поддержку со стороны учреждений-членов НИЗ (см. спонсоров).

Цели проекта включают в себя следующее:

Поддержите проект «Видимый человек» .
Создайте основу для будущих исследований.
Создайте хранилище фундаментальных алгоритмов.
Разработать платформу для передовой разработки продуктов.
Поддержка коммерческого применения технологии.
Создайте соглашения для будущей работы.
Развивайте самоподдерживающееся сообщество пользователей и разработчиков программного обеспечения.

Исходный код Insight Toolkit распространяется под лицензией Apache 2.0 (одобренной Open Source Initiative ).

Философия открытого исходного кода Insight Toolkit была расширена для поддержки открытой науки , в частности, путем предоставления открытого доступа к публикациям в области обработки медицинских изображений. Эти публикации доступны бесплатно через журнал Insight Journal.

Участие сообщества [ править ]

Поскольку ITK — это система с открытым исходным кодом, любой может внести свой вклад в проект. Лицо, заинтересованное в содействии ITK, может предпринять следующие действия.

Прочтите Руководство по программному обеспечению ITK . (Эту книгу можно приобрести в магазине Kitware.)
Прочтите инструкции о том, как добавить классы и алгоритмы в Инструментарий, отправив материалы в Insight Journal.
Получите доступ к GitHub .
Следуйте инструкциям по вкладу в Git .
Присоединяйтесь к обсуждению ITK Discourse . Сообщество открыто для всех.

Любой может отправить патч, и доступ для записи в репозиторий не требуется для объединения патча или сохранения авторства. Дополнительную информацию о том, как отправить патч, см. в документации ITK Bar Camp .

Авторские права и лицензия [ править ]

Авторские права ITK принадлежат Insight Software Consortium, некоммерческому альянсу организаций и частных лиц, заинтересованных в поддержке ITK. Начиная с версии ITK 3.6, программное обеспечение распространяется под лицензией BSD с открытым исходным кодом. Он допускает использование для любых целей, за исключением, возможно, кода, найденного в запатентованном каталоге, и при правильном распознавании. Полные условия авторских прав и лицензии доступны на сайте www. .itk .org /ИТК /проект /лицензия .html . Версия 4.0 использует лицензию Apache 2.0 .

Лицензия была изменена на Apache 2.0 с версией 4.0, чтобы принять современную лицензию с положениями о патентной защите. С версии 3.6 по 3.20 использовалась упрощенная лицензия BSD. Версии ITK, предшествующие ITK 3.6, распространялись под модифицированной лицензией BSD. Основной мотивацией для принятия лицензии BSD, начиная с ITK 3.6, было наличие лицензии, одобренной OSI .

Техническое резюме [ править ]

В следующих разделах кратко описаны технические характеристики набора инструментов Insight ITK от NLM. Философия дизайна Ниже приведены ключевые особенности философии проектирования инструментария.

Инструментарий обеспечивает представление данных и алгоритмы для выполнения сегментации и регистрации. Основное внимание уделяется медицинским применениям; хотя инструментарий способен обрабатывать и другие типы данных.
Инструментарий обеспечивает представление данных в общей форме для изображений (произвольных размеров) и (неструктурированных) сеток.
Инструментарий не предназначен для визуализации или графического пользовательского интерфейса. Они оставлены для других наборов инструментов (таких как VTK , VISPACK , 3DViewnix, MetaImage и т. д.).
Набор инструментов предоставляет минимальные инструменты для файлового интерфейса. Опять же, это оставлено на усмотрение других наборов инструментов/библиотек.
Поддерживается многопоточная (совместная память) параллельная обработка.
Разработка инструментария основана на принципах экстремального программирования. То есть проектирование, внедрение и тестирование выполняются в виде быстрого итеративного процесса. Тестирование составляет основу этого процесса. В Insight тестирование выполняется непрерывно по мере возврата файлов и каждую ночь на нескольких платформах и компиляторах. Панель тестирования ITK, на которой публикуются результаты тестирования, занимает центральное место в этом процессе.

Архитектура [ править ]

Ниже приведены ключевые особенности архитектуры набора инструментов.

Инструментарий организован на основе архитектуры потока данных. То есть данные представляются с помощью объектов данных, которые, в свою очередь, обрабатываются объектами процесса (фильтрами). Объекты данных и объекты процессов соединены вместе в конвейеры. Конвейеры способны обрабатывать данные по частям в соответствии с указанным пользователем пределом памяти, установленным в конвейере.
Фабрики объектов используются для создания экземпляров объектов. Фабрики позволяют расширять систему во время выполнения.
Для обработки событий используется шаблон проектирования «команда/наблюдатель».

Философия реализации [ править ]

Ниже приведены ключевые особенности философии реализации набора инструментов.

Инструментарий реализован с использованием общих принципов программирования. Такой сильно шаблонизированный код C++ бросает вызов многим компиляторам; поэтому разработка велась с использованием последних версий компиляторов MSVC, Sun, gcc, Intel и SGI.
Инструментарий является кроссплатформенным (Unix, Windows и Mac OS X).
Набор инструментов поддерживает привязки нескольких языков, включая такие языки, как Tcl, Python и Java. Эти привязки генерируются автоматически с использованием процесса автоматического переноса.
Модель памяти зависит от «умных указателей», которые поддерживают счетчик ссылок на объекты. Интеллектуальные указатели могут быть размещены в стеке, и при выходе из области интеллектуальные указатели исчезают и уменьшают свой счетчик ссылок на объект, на который они ссылаются.

Среда сборки [ править ]

ITK использует среду сборки CMake (кроссплатформенная сборка). CMake — это независимый от операционной системы и компилятора процесс сборки, который создает собственные файлы сборки, соответствующие ОС и компилятору, с которым он запускается. В Unix CMake создает make-файлы, а в Windows CMake — проекты и рабочие области.

Среда тестирования [ править ]

ITK поддерживает обширную среду тестирования. Код тестируется ежедневно (и даже постоянно) на многих комбинациях оборудования, операционной системы и компилятора, а результаты ежедневно публикуются на панели тестирования ITK. Мы используем Dart для управления процессом тестирования и публикации результатов на информационной панели.

Справочная информация: шаблоны и обобщения C++ [ править ]

ITK использует множество передовых шаблонов проектирования и универсальное программирование. Эти ссылки могут оказаться полезными для понимания конструкции и синтаксиса Insight.

Шаблоны проектирования. Эрих Гамма, Ричард Хелм, Ральф Джонсон, Джон Влиссидес, Грейди Буч
Общее программирование и Stl: использование и расширение стандартной библиотеки шаблонов C++ (серия Addison-Wesley Professional Computing), Мэтью Х. Остерн
Продвинутые стили и идиомы программирования на C++ Джеймса О. Коплиена
Журнал пользователей C/C++
Отчет С++

Примеры [ править ]

Градиент изображения, сглаженный по Гауссу [ править ]

  #include   "itkImage.h" 

   int   main  () 
   { 
     using   ImageType   =   itk  ::  Image  <   unsigned   char  ,   3   >  ; 
      используя   ReaderType   =   itk  ::  ImageFileReader  <ImageType>     ;  
      использование   WriterType   =   itk  ::  ImageFileWriter  <ImageType>   ;    
      использование   FilterType   =   itk  ::  GradientRecursiveGaussianImageFilter  <   ImageType  ,   ImageType   >  ; 

      ReaderType  ::  Указатель   чтения   =   ReaderType  ::  New  (); 
      WriterType  ::  Указатель   Writer   =   WriterType  ::  New  (); 

      читатель  ->  SetFileName  (   "lungCT.dcm"   ); 
      писатель  ->  SetFileName  (   "smoothedLung.hdr"   ); 

      ТипФильтра  ::  указателя   Фильтр   =   ТипФильтра  ::  Новый  (); 

      фильтр  ->  SetInput  (   читатель  ->  GetOutput  ()   ); 
      писатель  ->  SetInput  (   фильтр  ->  GetOutput  ()   ); 
      фильтр  ->  SetSigma  (   45.0   ); 

      попробуйте 
       { 
       писатель  ->  Обновление  (); 
        } 
     catch  (   itk  ::  ExceptionObject   &   excp   ) 
       { 
       std  ::  cerr   <<   excp   <<   std  ::  endl  ; 
        вернуть   EXIT_FAILURE  ; 
        } 
   }

сегментация Растущая регионов

  #include   "itkImage.h" 

   int   main  () 
   { 
     using   InputImageType   =   itk  ::  Image  <   Signed   Short  ,   3   >  ; 
      используя   OutputImageType   =   itk  ::  Image  <   unsigned   char  ,   3   >  ; 
      используя   ReaderType   =   itk  ::  ImageFileReader  <InputImageType>   ;    
      использование   WriterType   =   itk  ::  ImageFileWriter  <   OutputImageType   >  ; 
      использование   FilterType   =   itk  ::  ConnectedThresholdImageFilter  <   InputImageType  ,   OutputImageType   >  ; 

      ReaderType  ::  Указатель   чтения   =   ReaderType  ::  New  (); 
      WriterType  ::  Указатель   Writer   =   WriterType  ::  New  (); 

      читатель  ->  SetFileName  (   "brain.dcm"   ); 
      писатель  ->  SetFileName  (   "whiteMatter.hdr"   ); 

      ТипФильтра  ::  указателя   Фильтр   =   ТипФильтра  ::  Новый  (); 

      фильтр  ->  SetInput  (   читатель  ->  GetOutput  ()   ); 
      писатель  ->  SetInput  (   фильтр  ->  GetOutput  ()   ); 

      фильтр  ->  SetMultiplier  (   2.5   ); 
      ImageType  ::  IndexType   семя  ; 
      семя  [  0  ]   =   142  ; 
      семя  [  1  ]   =    97  ; 
      семя  [  2  ]   =    63  ; 
      фильтр  ->  AddSeed  (   семя   ); 
      попробуйте 
       { 
       писатель  ->  Обновление  (); 
        } 
     catch  (   itk  ::  ExceptionObject   &   excp   ) 
       { 
       std  ::  cerr   <<   excp   <<   std  ::  endl  ; 
        вернуть   EXIT_FAILURE  ; 
        } 
   }

Дополнительная информация [ править ]

Ресурсы [ править ]

Для получения дополнительной информации об ITK доступен ряд ресурсов.

Веб-страницы ITK расположены по адресу www. .itk .орг .
Пользователям и разработчикам следует прочитать Руководство по программному обеспечению ITK.
Многие компилируемые примеры доступны на ITKExamples Wiki.
Учебные пособия доступны на сайте www. .itk .org /ИТК /помощь /учебники .html
Программное обеспечение можно загрузить с сайта www. .itk .org /ИТК /Ресурсы /программное обеспечение .html .
Разработчикам или пользователям, заинтересованным в написании кода, следует просмотреть документ Insight/Documentation/InsightDeveloperStart.pdf или InsightDeveloperStart.doc, который находится в дистрибутиве исходного кода.
Разработчикам также следует ознакомиться с руководством по стилю ITK Insight/Documentation/Style.pdf, которое находится в исходном дистрибутиве.

Приложения [ править ]

Отличный способ узнать об ITK — посмотреть, как он используется. Есть четыре места, где можно найти приложения ITK.

Insight/Examples/примеры исходного кода, распространяемые вместе с ITK. Исходный код доступен. Кроме того, он подробно комментируется и работает в сочетании с Руководством по программному обеспечению ITK.
Отдельная проверка InsightApplications.
приложений Веб-страницы . Это подробные описания с изображениями и ссылками примеров, приведенных в пункте 1 выше.
Каталоги тестирования, распространяемые вместе с ITK, представляют собой простые, в основном недокументированные примеры использования кода.

В 2004 году ITK-SNAP ( веб-сайт ) был разработан на основе SNAP и стал популярным бесплатным программным обеспечением для сегментации, использующим ITK и имеющим приятный и простой пользовательский интерфейс.

Данные [ править ]

Данные доступны в сообществе ITK data.kitware.com Girder .
См. также веб-страницу данных ITK .

См. также [ править ]

Сопутствующие инструменты [ править ]

CMake
ВТК

Контакты [ править ]

Посетите дискуссионный форум ITK, чтобы получить контакты и помощь сообщества.

Ссылки [ править ]

^ «Выпуск 5.3.0» . 20 декабря 2022 г. Проверено 15 января 2023 г.
^ «Консорциум Insight Software / ITK — GitHub» . Гитхаб . 17 декабря 2019 г.
^ «Авторское право и лицензия» .

Йоу, ТС; Акерман, MJ; Лоренсен, МЫ; и другие. (2002). «Проектирование и разработка алгоритмов для Api обработки изображений: технический отчет об ITK — Insight Toolkit». Стад Здоровье Технол Информ . 85 : 586–92. ПМИД 15458157 .
Йоу, ТС; Метаксас, DN (декабрь 2005 г.). «Открытая наука — сочетание открытых данных и программного обеспечения с открытым исходным кодом: анализ медицинских изображений с помощью Insight Toolkit» . Анал с медицинским изображением . 9 (6): 503–6. дои : 10.1016/j.media.2005.04.008 . ПМИД 16169766 .
Прайор, ФРВ; Эриксон, Би Джей; Тарбокс, Л. (ноябрь 2007 г.). «Проекты программного обеспечения с открытым исходным кодом группы особых интересов caBIG In Vivo Imaging Workspace Software» . J-цифровая визуализация . 20 (Приложение 1): 94–100. дои : 10.1007/s10278-007-9061-4 . ПМК 2039820 . ПМИД 17846835 .

Внешние ссылки [ править ]

ИТК

[wikidata-645c103ea8189a28fc7702129d7eacb9462140c8-v12-1] «Выпуск 5.3.0» . 20 декабря 2022 г. Проверено 15 января 2023 г.

[2] «Консорциум Insight Software / ITK — GitHub» . Гитхаб . 17 декабря 2019 г.

[3] «Авторское право и лицензия» .

[1]

[2]

[3]