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体素管理器

VoxelManager 是 Cornerstone 库在体素数据与体数据管理方面新架构的关键组件。 这套重新设计的方案简化了数据流、提升了性能，为影像缓存和数据访问提供了 唯一可信来源，重点在于降低内存占用、提升处理大型影像数据集时的性能。

概览​

引入 VoxelManager 之后，体素数据的处理方式从「依赖大型标量数组」 转变为「使用单张影像加有针对性的体素数据访问方法」。VoxelManager 为那些 需要与体素数据交互的工具和函数充当适配器， 提供访问、修改和流式处理体素信息的高效方法。

主要特性​

  • 唯一可信来源：只使用影像缓存，从而不再需要独立的体数据缓存， 也减少了同步问题。
  • 高效的体数据流式加载：逐张影像加载，只缓存必要的部分， 并把数据直接流向 GPU。
  • 优化的缓存：数据以其原生格式存储，仅在需要时才转换， 把内存与处理开销降到最低。
  • 简化的 Web Worker 实现：移除了对 SharedArrayBuffer 的依赖， 简化了安全性与 worker 方面的要求。

VoxelManager API​

VoxelManager API 用一组方法取代了对标量数据的直接访问， 这些方法能精确控制体素数据，而不必生成大型数据数组。 下面是主要方法及用法模式：

访问体素数据​

  • getScalarData()：返回单张影像的标量数据数组（仅适用于 IImage）。
  • getScalarDataLength()：给出体素总数，用于替代 scalarData.length。
  • getAtIndex(index)：取得指定线性索引处的体素值。
  • setAtIndex(index, value)：设置指定线性索引处的体素值。
  • getAtIJK(i, j, k)：取得 IJK 坐标处的体素值。
  • setAtIJK(i, j, k, value)：设置 IJK 坐标处的体素值。
  • getArrayOfModifiedSlices()：列出被修改过的切片索引。

数据操作​

  • forEach(callback, options)：遍历体素，通过回调处理或修改数据。
  • toIndex(ijk)：把 IJK 坐标转换为线性索引。
  • toIJK(index)：把线性索引转换回 IJK 坐标。

体数据信息​

  • getConstructor()：返回标量数据类型的构造函数。
  • getBoundsIJK()：获取体数据在 IJK 坐标下的边界。

专用方法​

  • setTimePoint(timePoint)：用于四维数据集，设置当前时间点。
  • getAtIndexAndTimePoint(index, timePoint)：取得指定索引与时间点处的体素值。

示例：迁移数据访问与操作​

不要再直接访问 scalarData，改用 VoxelManager 来操作数据。 下面是一个迁移示例：

迁移前​

function processVolume(volume) {
  const scalarData = volume.getScalarData();
  for (let i = 0; i < scalarData.length; i++) {
    if (scalarData[i] > 100) {
      scalarData[i] = 100;
    }
  }
}

迁移后​

function processVolume(volume) {
  const voxelManager = volume.voxelManager;
  const length = voxelManager.getScalarDataLength();
  for (let i = 0; i < length; i++) {
    const value = voxelManager.getAtIndex(i);
    if (value > 100) {
      voxelManager.setAtIndex(i, 100);
    }
  }
}

构建影像体数据​

创建体数据时不再需要 scalarData，改为在内部使用 VoxelManager：

迁移前​

const streamingImageVolume = new StreamingImageVolume({
  volumeId,
  metadata,
  dimensions,
  spacing,
  origin,
  direction,
  scalarData,
  sizeInBytes,
  imageIds,
});

迁移后​

const streamingImageVolume = new StreamingImageVolume({
  volumeId,
  metadata,
  dimensions,
  spacing,
  origin,
  direction,
  imageIds,
  dataType,
  numberOfComponents,
});

最佳实践​

  • 优化数据访问：批量操作请用 getAtIndex 和 setAtIndex，它们效率更高； 遍历大体数据时用 forEach。
  • 内存管理：避免使用 getCompleteScalarDataArray()， 它会重建大型数据数组，可能导致性能下降。
  • 处理 RGB 数据：对 RGB 体数据，getAtIndex 和 getAtIJK 返回的是 [r, g, b] 数组。

小结​

VoxelManager 是 Cornerstone 新的体数据管理策略的核心， 为体素数据的访问与操作提供了一套灵活、高效的 API。 迁移到 VoxelManager 之后，内存使用更高效、性能更快， 对大型数据集的兼容性也更好，让处理复杂医学影像数据的开发流程更顺畅。