對於許多醫療過程而言，特別是涉及病患健康及臨床診斷，三度空間影像描繪扮演著關鍵的角色。本篇文章審視目前3D影像呈現方法的差異、臨床醫師的需求，以及期許呈像技術的持續發展。

Kenneth R. Hoffmann, Stephen Rudin, Hui Meng, Anant Gopal, Alan Walczak, Minsuok Kim, Sebastian Schafer, Peter B. Noel, Snehal Kasodekar, 及 L. Nelson Hopkins

目前醫療以數位系統擷取影像最為廣泛。大型二維空間 (2D) 影像擷取設備用於取得胸腔及各種器官的2D投射影像。斷層掃描療程 [即：計算局部斷層掃描(CT)、核磁共振造影(magnetic resonance imaging；MRI)及超音波]產生病患檢測影像的三度空間(3D)資料。所有資料儲存在1–10-terabyte檔案夾供臨床醫師讀取。然而，該影像分析保有原本的性質，以電腦為輔助裝置供視覺影像檢查之診斷。該分析技術被侷限在分析任務上，所以在處置上以解剖及影像估算檢測物目標相關位置，例如：輔助網(guidewires)、氣囊(balloons)或支架(stents)位置。在3D影像偵測任務中，原本的斷層掃描影像所產生的3D資料主要以連續的2D影片供臨床醫師瀏覽病患資料。因此，在診斷及治療上無法將數據全數位化。
由於數位資料在醫療上的普及性，一群研究員及相關研發公司針對臨床醫師的需求而發展出影像處理工具，以協助臨床工作及病症判定。三度空間影像數據以表面及實體呈像(volume-rendering)技術呈現。電腦輔助-診斷技術協助檢測工作。影像分析工具為臨床醫師產生新的資訊，而這些資訊是無法單由解剖學評估獲得。藉由這方面的影像資訊，對於病患、疾病、診療和早期診斷將有新的認知與了解，這將可更為了解及判斷病患。因此，醫學數據呈現的角度可藉由想像、量化以至於資訊甚至知識。
當影像資料處理需求更為複雜時，顯示器製造商確實幫了醫學工業很大的忙，在閱覽3D影像資料功能的改善確實顯著，且讓臨床醫師能更為精準在患部插入支架(stents)、評估動脈的血小板形成及動脈瘤與偵測治療過程。然而各種顯示3D影像資料的方法皆存在著瓶頸，這些顯像技術可能無法顯示動態影像，而需使用眼鏡或限制視角；最後，顯視內容需要從解剖學的3D影像到機能性/解剖學的nD影像來展示它所增加的空間性，這需要新的顯示範例以及能夠促進多重空間(multi-D)資料疑問的認知。
本文章檢視三個影像分析案例提供我們對於病患及治療的新知：白血球分佈、血管扭曲度及計算流體動力學(computational fluid dynamics；CFD)於患者特異血流計算。藉由這些例子，我們以圖解的方式來說明這些方法已經可以提供臨床醫師使用。對於這些顯示技術發展人員而言，這些案例的啟發對於發展下一世代醫學用顯示器是相當重要的─臨床醫師需要適時且清晰的將影像資訊顯示出來，並將運用的方法及技術展示出來並呈現出關鍵資料。

血小板視覺呈像及定量
動脈粥樣硬化障礙(白血球)通常會侵犯內腔及阻塞不同角度的血液流通，而導致心臟疾病及中風。在簍管狀的血管尺寸及長度上的處理，因為血小板而造成動脈變窄程度需要予以評估，因為它具有即時影像及高空間解析度，血管X光投射顯像(X光血管攝影)保有主要的特徵予以評估動脈變窄的程度(尤其在處置的區域)，並提供診斷影像輔助的角色。
血小板的評估是必需，因為它可以決定如何診療病患。雖然已有不少的血小板自動量測技術被發展出來，但一般而言，血小板的大小、縮小比例以及它的長度都以手動的方式在影像中量測。然而這些技術卻限制了血小板的最佳觀測角度，即於投影觀測中血管邊緣的血小板病變(障礙)位置。即使每一項技術皆專注在血管上(即內腔量測)；無論如何，血小板本身的研究也相當有趣。
在相關技術上已有人提出血管縮放(vessel-sizing) 技術配合撓曲的方式檢測侵入的血小 (即：由血管壁進入內腔突出的血小板)。照攝影像取得後，有問題的血管便顯現出來。而中心線便會描繪出來，且沿著垂直於血管軸的線條(剖面圖)可以得到垂直於中心線的灰階強度─數據輪廓。剖面圖套入橢圓模型，橢圓高度隨著寬度和中心線位置最佳化，該方法與其他模型化技術相似。從健康的血管區域剖面圖扣除掉在血管病變的部份便是侵入的血小板[圖一(a)]，對於每一個剖面圖重複上述步驟可得到“血小板影像” [圖一(b)]。因此，臨床醫師可以觀測到血小板的影像狀態－他們不需要被限制在某個角度觀看血小板；除此之外，血小板體積的量測也不受限於觀測方式。然而，這方面的資料相當新穎，且無法清楚的將畫面呈現給臨床醫師觀測血管。
如果可以額外使用X光檢測，則血管診斷(空洞部份)可藉由3D影像重建，診斷人員可以影片重疊的方式重建2D影像進行診斷。藉由初步的橢圓模型與最佳化方法可用於重建複雜且不規則形狀的受損組織，但因反覆驗證所需計算量與時間相當龐大。而延伸血小板影像方式到2D影像診療相當容易，且過程不繁複；重建健康血管的截面上，且在兩種觀測方法中的血小板影像一致的前題下，首先在簡單的橢圓形中的內腔移除侵入的血小板，配合該方法，整個診斷影像只要從兩個影像就可以完成重建，且這些影像處理結果與微斷層掃描(micro-CT)剖視圖差不多[圖一(c)]。
這些影像重建資料提供臨床醫師更即時且更完整的血管結構診斷資訊，這仍屬於解剖學的部份，不過從投射影像可以對3D血小板體積及分佈進行定量，使臨床醫師可以做更多的資訊選取。資訊的呈現在協助病症判定上乃是個關鍵元素，是否像圖一(c)顯示3D影像或是以某種方式傳達侵入血管的血小板，使臨床醫師可以看出血小板的不對稱位置？同時要如何應用3D影像－僅針對診斷嗎？也許不是。藉由已知的3D血小板影像資訊，診斷處理的方式可能會因而改變。在未來的影像處理上，輔助網(guidewire)穿越或導管橫跨染病的部份將會增加其真實性。因此以多重(多功能)元件(如在解剖資訊上)將利用測定物的各種透明度進行顯像，而2D影像視窗是否能滿足醫療處理上視覺資訊或是立體甚至3D影像觀測才是所需要的呢?
在影像診斷處理的方式及目的除了提供關鍵的視覺資訊，也確保更完整的血管定量分析。藉由3D血小板影像的分佈可進行額外的分析，諸如血管經度的研究、診療處置規劃、血小板型態的評估以及血管扭曲度的計算。

血管扭曲度
一般而言，各種重要的血管可能扭曲成不同的形狀；舉例來說，冠狀血管在收縮期間會改變形狀，而內部頸動脈具有多重U形急轉彎道；因此，輔助元件裝置通常不易穿過血管，且困難度會隨著血管的縮窄而增加。
首先能協助臨床醫師的部分乃是提供3D血管路徑影像及血管診斷。3D血管路徑影像及血管診斷可藉由電腦斷層掃描血管造影(CTA)、核磁共振血管造影(MRA)、雙平面顯影或多重投射顯像檢視。在CTA或MRA技術中，欲檢測的血管的部份必須先予以確認，並由3D影像實體進行分割，接著血管及血管診斷會予以參數化。
對於X光投射影像來說，檢測的血管部份也必須予以確認，也就是由手動操作確認[圖二(a)]，而取得的影像幾何形狀需要再最佳化，因為提供的資料不精確加上機械變異性(例如臺架下陷)，使得機臺顯示的訊息不準。“呈像幾何”是一套連結全部”世界”系統轉換的獨立截取位置，有效地包括用世界系統測定每個相對應投影圖的旋轉及轉化。
在我們實驗室的技術發展中，並不需要使用到目標物影像校正程序。反的，我們僅使用圖片本身的參數來校正呈像幾何，並將計算過的3D影像的一致性予以最佳化，因此可視為自動校正技術。我們的技術可以套用在一般診斷處理程序所得到的影像，所以能提供最好的3D影像，因此該技術不需要額外的配件。藉由幾何呈像，三角檢測(triangulation)技術可以套用在血管中心線點的3D影像位置的檢測。血管收縮或重建技術可用來重建血管內腔，當檢測3D血管影像資訊時，3D呈像[圖二(b)]、增加影像真實性、操作訓練及觸覺(haptics)應用都可以列入診療處置程序。
在選擇儀器及特性方面，3D資訊也許可以幫助臨床醫師來決定進一步的診療動作，通常血管處理包括輔助網(guidewire)導入血管，接著導入擴張術氣囊(angioplasty balloon)或氣囊/支架裝置。我們發現有時候臨床醫師在血管中移動檢測裝置相當困難，尤其是遇到彎曲的血管時更為艱難。雖然計算血管扭曲度的方法已經被開發了，然而，我們相信該檢測裝置的特性需結合3D影像訊息來評估末梢易受影響的部分，以及在沿著路徑到檢測位置可能遇到的困難點。該結合動作將會提供“外部扭曲度”的檢測，這將關係到量測或特殊元件操作是否容易上手，亦或是檢測位置置入的困難度。
在提供沿著血管軸上較為困難區域的資訊，我們可以用色彩更新(color wash)標示計算出的血管扭曲度。在圖二(c)中，我們對一個血管有特別扭曲度的病患導入10-mm堅硬支架，而扭曲度以綠色路徑為容易通過，而紅色為無法通過。因為是3D呈像，3D血管路徑和扭曲度可以在選取的角度觀測，並且可檢測視中心線的3D扭曲與轉動情況，如同觀測扭曲度一般，此血管扭曲的結果與藉由3D血管影像數據所得之高曲率區域視覺感受一致。藉由血管扭曲度的呈現，臨床醫師能夠察覺導入各種長度支架時可能遭遇的困難。因此，我們相信該技術提供處置診療人員一種迅速的評估與檢視血管中心線的3D影像路徑或是處置位置的方法，因此可增加檢查處置時的精確性。
血管的旋轉及色彩更新(color wash)顯像可以突顯出血管3D影像的複雜性以及可能發生問題的區域。但是經由更多相互作用的顯示，當元件裝置持續與血管作用的過程中(當扭曲度已經評估時)被顯現出來，可能對於診斷處置人員來說更有價值。因此，如同在血小板狀態下顯示各種裝置之處理程序將能幫助其診斷過程。此顯示內容也能告知診斷處置人員如何進行接下來的評估。在這個過程中，影像模型會顯現診斷路徑，接著顯示潛在的病狀問題或醫療人員會對病患進行錯誤的診治，甚至由影像回饋(feedback)影像觸覺(haptics)效果，就如同血小板顯示的影像一樣，這類形的影像呈現將會衝擊到影像資訊的傳達。

3D動脈瘤影像分析
另一種血管異常則是動脈瘤，常以電腦斷層掃描血管造影(CTA)及磁振血管攝影(MRA)進行診斷，而通常動脈瘤的發生是沒有症狀的<