介绍3D Slicer的另一个身份：医学影像IDE

IDE（Integrated Development Environment ）集成开发环境一般是指程序员在进行软件开发时，需要使用的一整套环境和应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等。大家比较熟悉的IDE有Microsoft Visual Studio、Eclipse、PyCharm等。IDE的选择通常和开发语言和应用领域密切相关。例如，如果做Windows C++/C#应用开发，基本都会优先选择Visual Studio；如果做Java开发，则倾向首选Eclipse；PyCharm则是很多Python开发程序员的首选。

在医学影像算法开发领域，大家是否注意到近年来的两个趋势。第一，越来越多的人喜欢用Python做为开发语言，进行快速原型开发和验证。正所谓，“人生苦短，我用Python”。第二个趋势，为了进一步加快原型开发的速度，尤其是避免重复“造轮子”，大家通常会选择ITK、VTK、QT这个“三剑客”组合，来作为图像处理、可视化和图形界面的三大基石。并且，这两大趋势正在融合形成一个汇总趋势：使用Python作为开发语言，调用ITK、VTK、QT这三大基础库，进行医学影像算法原型的开发。

分析到这里，终于要引出我们这篇小文章要讨论的主要问题了。想要用Python调用ITK、VTK和QT进行开发，有哪些好的IDE可供选择？

对于高手来讲，直接从Python安装包开始，然后逐个安装SimpleITK、VTK、PyQt，就可以了。也可以借助Anaconda来建立多版本开发环境。但对于新手和小白，这个过程并不简单。需要解决安装包下载、版本选择、PIP安装命令等一系列问题，才能够入门，建立起真正能够开始编程的环境。

那么，有没有更省事一步到位的解决办法？答案是，有。这个一步到位的解决方法就是本文要介绍的3D Slicer。

3D Slicer是一个开源的跨平台医学影像可视化和处理分析软件，由美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）支持开发，迄今已经有超过20年的开发历史，但仍然保持着一个活跃的开发群体。关于3D Slicer的详细介绍，可以参考官方网站：https://www.slicer.org/。

本文重点介绍3D Slicer中集成的Python开发环境。假定大家已经从网站下载最新的4.8.1版本，完成了安装。软件启动后，将显示下面的界面：

注意到红色箭头指向的右上方按钮图标了吗？这不就是Python的代表性Logo吗？没错，只要安装好3D Slicer，内部就会直接准备好了Python 2.7的开发环境。点击这个按钮，就会在软件的下方启动Python的交互式开发环境。如下图红色箭头指向所示。

是不是有些小小的惊喜和意外？这还远不是全部。在这个开发环境中，你可以直接调用SimpleITK、VTK和PyQt的函数和功能。关于如何在Slicer中进行Python编程，大家可以参考官方网站介绍，（https://www.slicer.org/wiki/Documentation/Nightly/Developers/Python_scripting），非常详细。

在真正入坑，开始折腾之前，大家可能都会先思考一个问题。我用这个工具能够做什么事情，达到什么样的效果？回答这个问题的最佳方式就是，举个例子。

下面介绍一个基于3D Slicer环境，采用Python开发的椎弓根螺钉手术规划和模拟扩展应用：PedicleScrewSimulator。

PedicalScrewSimulator为开源软件（https://github.com/smclach/PedicleScrewSimulator）。整个工程，如果不统计资源和模型文件，一共包含了10个Python文件。其中最长的文件，代码行数为919行。大多数文件的代码行数，都在300行以内。这与Python编程，“少写代码，多半实事”的追求目标非常一致啊。

PedicleScrewSimulator非常“友好”，在左侧面板中，提供了操作向导，指导和提示用户逐步操作。包含下述步骤。

1.  加载DICOM影像

上方是软件整体界面。在界面左侧，显示的是向导面板，具体如下图。

可以看到提供了多种加载方式。整个数据加载步骤，包括上面的图形用户界面，由LoadDataStep.py文件实现，一共168行代码。其中加载影像的核心功能是通过调用Slicer内部已经集成的辅助功能模块来实现的。核心代码只有一句话，代码如下：

slicer.util.openAddDataDialog()

2. 裁剪感兴趣区域

在第二步中，软件会在三个正交切面图像（MPR）上显示感兴趣区域裁剪框，让用户手工拖拽调节，选择感兴趣区域。其中左侧的操作面板（如下图所示），都是采用PyQt搭建出来的。

右上方的Volume Rendering绘制窗口则基于Slicer中内置的下述module来实现。

slicer.modules.volumerendering

3. 标记植入点

在这一步中需要指定植入点的位置。可以直接在VR窗口中点击确定。

4. 植入过程模拟

在这一步中，可以先选择要植入的骨钉型号，然后选择要植入的深度。之后，点击“Insert Screw”按钮，就可以看到蓝色的骨钉动态的钻入骨骼中。还可以点击“Backout Screw”来撤回骨钉。

5. 术后效果模拟

在最后一步中，可以采用在上方VR窗口以半透明骨骼效果，观察骨钉植入效果。还可以在3个MPR窗口中，观察骨钉出现在哪些切面层面和轮廓。如下图所示。

至此，对于PedicScrewSimulator“蜻蜓点水”式介绍完成。没有深入技术细节和代码，只是想通过图片分享的方式，让大家初步了解和感受在Slicer这个IDE进行开发，可以完成哪些工作，达到什么样的效果。

用3D Slicer作为医学影像算法快速开发的IDE，突出优势是已经集成好了ITK、VTK和QT常用“三大件”，并且可以使用Slicer内部若干已经开发完成的Module，来加快开发进程。但是所有的馅饼都不是白来的，要想能够在Slicer中进行开发，学习和熟悉Slicer的设计理念、软件架构仍然是必须的。友提，真正入坑之前，还是把官方指导网页大致看一遍，才能更好决定，这是不是适合自己的那盘菜。

官方指导网页：

https://www.slicer.org/wiki/Documentation/Nightly/Developers/Python_scripting