SimpleITK——创建nrrd体素模型
在介绍如何生成nrrd前，了解一下为什么医学影像上一般使用nrrd的体素模型？
为什么医学影像上一般使用nrrd的体素模型？
在医学影像领域，NRRD（Nearly Raw Raster Data）格式被广泛用于存储体素模型（如CT、MRI数据），主要基于以下技术优势：
1. 灵活的数据存储方式
- 支持原始数据无损存储
NRRD可直接存储未经压缩的体素数据（如16位整型、32位浮点），避免DICOM等格式的二次编码损失，适合科研和精准医疗。 - 多维数据兼容性
可处理3D体素（CT/MRI）、4D时序数据（如fMRI、心脏动态扫描）甚至更高维数据（如DTI纤维追踪）。
2. 强大的元数据支持
- 关键医学参数嵌入
通过文本头文件（Header）记录：- 体素间距（
spacings：如0.5mm×0.5mm×1.0mm） - 空间方向矩阵（
space directions，用于对齐DICOM坐标系） - 患者体位标识（如LPS/RAS坐标系）
- 体素间距（
- 可扩展性
支持自定义字段（如扫描协议、厂商参数），比DICOM更轻量但足够专业。
3. 跨平台与开源生态
- 无专利限制
相比DICOM（需授权），NRRD为开源格式，兼容ITK、VTK、3D Slicer等主流医学软件。 - 简化预处理流程
直接存储已重建的体素矩阵，省去DICOM多层文件合并的步骤，加速AI模型训练（如nnUNet直接读取NRRD）。
4. 与其他格式的对比
| 特性 | NRRD | DICOM | NIfTI |
|---|---|---|---|
| 数据维度 | 支持任意维度 | 单层2D为主 | 3D/4D |
| 元数据灵活性 | 高（自定义字段） | 高（但结构复杂） | 中（固定字段） |
| 坐标系支持 | 明确空间方向 | 需计算 | 固定（RAS/LPS） |
| 适用场景 | 科研/算法开发 | 临床归档 | 神经影像（fMRI） |
典型应用场景
- 放射治疗规划：NRRD存储的CT体素数据可直接用于剂量计算（如RayStation）。
- 深度学习：MONAI等框架默认支持NRRD，便于加载标注数据（如
image.nrrd+label.nrrd）。 - 三维重建：通过VTK将NRRD转换为STL模型用于3D打印。
注意事项
-
- 临床兼容性：医院PACS系统通常仍以DICOM为主，NRRD多用于科研后端。
- 压缩选项：NRRD支持GZIP压缩（如
*.nhdr+*.raw.gz），但会牺牲部分读写速度。
以上是愚通过ds了解到的一些情况，仅供参考。
代码实现
以下为调用SimpleITK实现将Dicom文件转化为Nrrd体素模型的示例：
public class DicomToNRRDHelper{/// <summary>/// DICOM序列转化为NRRD文件/// </summary>/// <param name="dicomDirectory">dicom文件路径</param>/// <param name="outPutFilename">包含路径和后缀名，且后缀名必须为.NRRD（因为需要以体素渲染）</param>/// <returns>失败为false；成功为true</returns>[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]public static bool DicomToNRRD(string dicomDirectory, string outPutFilename){// 输入验证if (!Directory.Exists(dicomDirectory)){NlogHelper.Logger.Error($"Directory not found: {dicomDirectory}");return false;}if (!outPutFilename.EndsWith(".nrrd", StringComparison.OrdinalIgnoreCase)){NlogHelper.Logger.Error("Output file must have .nrrd extension");return false;}Image image3D = null;try{var seriesIDs = ImageSeriesReader.GetGDCMSeriesIDs(dicomDirectory);if (seriesIDs == null || seriesIDs.Length == 0){NlogHelper.Logger.Error($"No DICOM series found in: {dicomDirectory}");return false;}var seriesFileNames = ImageSeriesReader.GetGDCMSeriesFileNames(dicomDirectory, seriesIDs[0]);NlogHelper.Logger.Debug($"Processing {seriesFileNames.Count} DICOM files");if (seriesFileNames.Count > 1){using var reader = new ImageSeriesReader();reader.SetFileNames(seriesFileNames);image3D = reader.Execute();}else if (seriesFileNames.Count == 1){using var reader = new ImageFileReader();reader.SetFileName(seriesFileNames[0]);image3D = reader.Execute();}else{return false;}// 保留原始像素类型using var filter = new CastImageFilter();// 保留原始像素类型选项filter.SetOutputPixelType(image3D.GetPixelID());using var convertedImage = filter.Execute(image3D);using (var writer = new ImageFileWriter()){writer.SetFileName(outPutFilename);writer.Execute(convertedImage);}NlogHelper.Logger.Info($"Successfully created: {outPutFilename}");return true;}catch (Exception ex){NlogHelper.Logger.Error(ex, $"Failed to convert DICOM to NRRD");return false;}finally{image3D?.Dispose();}}}
注意事项
- SimpleITK中涉及到image、reader、writer最好都显示释放一下或 使用using语句，以达到使用完及时回收这些非托管资源。尽量不要依赖于它们在终结器中通过调用dispose的相关方法来实现资源回收，这个在实际项目中有过惨痛教训（资源不能及时回收，导致非托管对象无限增长，最终导致程序崩溃）。
- 对于非托管对象的释放，特别是在try catch语句中，若异常时容易忽略，尽量在finally中处理一下。
- 日志要尽量完善，如文件的长度检测；文件路径的检测；文件名的规范性检测等待
以上需要在实际开发中引起注意。