《Journal of Imaging Informatics in Medicine》：Instant3D: A Lightweight Open-Source GUI Frontend for TotalSegmentator-Based Medical Image Segmentation and 3D Reconstruction
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自动分割在医学影像中的应用日益广泛，但许多工具需要命令行操作和环境配置。TotalSegmentator为计算机断层扫描（computed tomography, CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）数据提
自动分割在医学影像中的应用日益广泛，但许多工具需要命令行操作和环境配置。TotalSegmentator为计算机断层扫描（computed tomography, CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）数据提供开源的多器官分割功能，然而对于非技术用户而言，其常规使用可能具有挑战性。在此，研究人员描述了Instant3D的设计、实现和功能。Instant3D是一个轻量级、开源的TotalSegmentator图形用户界面（graphical user interface, GUI）前端。Instant3D使用Python基于PyQt6开发，接受DICOM文件夹、NIfTI文件和NRRD文件作为输入，并通过支持建议功能的界面允许用户选择感兴趣区域（regions of interest, ROIs）。该GUI将TotalSegmentator作为后端执行。默认输出包括用于三维可视化的STL网格和NIfTI分割图像，并可选择输出包含体积测量值的SVG蒙版和CSV文件。SVG蒙版可与SegRef3D互操作，用于自动分割结果的切片级审查和细化。支持批量处理。使用代表性的CT和MRI数据集对功能进行了测试。Instant3D成功导入了支持的格式，通过GUI执行了TotalSegmentator，并生成了预期输出，包括STL、NIfTI、SVG和CSV文件。代表性数据集展示了工作流程的顺利完成以及与SegRef3D的兼容性。批量处理为多个输入数据集生成了组织有序的输出文件，证实了工作流程的可行性。Instant3D简化了TotalSegmentator的执行，并促进了可重复使用的三维重建输出的生成。虽然它不能替代全面的可视化平台，但通过提供用于感兴趣区域选择、批量处理和多样格式导出的简化工作流程，对现有平台形成补充。Instant3D可作为研究、教育、定量影像和三维模型生成中的实用工具。自动分割在医学影像中的应用日益广泛，但许多工具需要命令行操作和环境配置。TotalSegmentator为计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）数据提供开源的多器官分割功能，然而对于非技术用户而言，其常规使用可能具有挑战性。在此，研究人员描述了Instant3D的设计、实现和功能。Instant3D是一个轻量级、开源的TotalSegmentator图形用户界面（GUI）前端。Instant3D使用Python基于PyQt6开发，接受DICOM文件夹、NIfTI文件和NRRD文件作为输入，并通过支持建议功能的界面允许用户选择感兴趣区域（ROIs）。该GUI将TotalSegmentator作为后端执行。默认输出包括用于三维可视化的STL网格和NIfTI分割图像，并可选择输出包含体积测量值的SVG蒙版和CSV文件。SVG蒙版可与SegRef3D互操作，用于自动分割结果的切片级审查和细化。支持批量处理。使用代表性的CT和MRI数据集对功能进行了测试。Instant3D成功导入了支持的格式，通过GUI执行了TotalSegmentator，并生成了预期输出，包括STL、NIfTI、SVG和CSV文件。代表性数据集展示了工作流程的顺利完成以及与SegRef3D的兼容性。批量处理为多个输入数据集生成了组织有序的输出文件，证实了工作流程的可行性。Instant3D简化了TotalSegmentator的执行，并促进了可重复使用的三维重建输出的生成。虽然它不能替代全面的可视化平台，但通过提供用于感兴趣区域选择、批量处理和多样格式导出的简化工作流程，对现有平台形成补充。Instant3D可作为研究、教育、定量影像和三维模型生成中的实用工具。
**论文解读文章**
**一、研究背景与问题**
自动分割在医学影像领域的重要性日益凸显，它支撑着定量图像分析、器官体积测量、放射组学、手术模拟、教育可视化以及患者特异性三维（three-dimensional, 3D）模型的生成等多项应用。近年来，基于深度学习的分割框架显著提升了多器官分割的可行性。其中，TotalSegmentator已成为一种实用的开源工具，可对计算机断层扫描（computed tomography, CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）数据中的主要解剖结构进行自动分割。最初的CT实现基于nnU-Net框架，并在大量临床异质性CT检查数据集上训练，从而实现了对多种解剖结构的稳健分割。近期，TotalSegmentator MRI将该方法扩展至非序列依赖的MRI分割。然而，TotalSegmentator的常规使用往往需要命令行操作、环境配置以及对模型选项的熟悉，这限制了缺乏编程经验的临床医生、教育工作者和学生对其的采用。尽管已有3D Slicer、OsiriX/OsiriX MD、ITK-SNAP等图形平台在医学图像可视化和分割领域发挥着重要作用，但这些平台并未针对以快速执行TotalSegmentator、批量处理和直接导出面向三维重建的输出文件为核心的最小工作流程进行专门优化。因此，存在对轻量级GUI前端——作为现有平台的补充而非替代——的实际需求。
**二、研究目标与研究内容**
为解决上述问题，研究人员开发了Instant3D，一个基于TotalSegmentator的轻量级、开源图形用户界面（graphical user interface, GUI）前端。Instant3D强调直观的感兴趣区域（regions of interest, ROIs）选择、批量处理和多样的直接格式导出。其核心工作流程围绕三个步骤设计：数据导入、ROI选择和执行。该工具旨在弥合自动分割与实际三维重建工作流程之间的差距，减少生成可重复使用输出所需的手动步骤数量。
**三、主要关键技术方法**
研究人员使用Python（版本3.12）基于PyQt6框架开发了Instant3D，核心库包括用于图像处理的nibabel和pydicom、用于预处理的SimpleITK以及用于网格处理的trimesh。该应用程序通过PyInstaller打包为独立的Windows可执行文件，并通过GitHub分发。TotalSegmentator作为分割后端需单独安装。功能测试使用了代表性CT和MRI数据集，其中包括来自3D Slicer Sample Data模块的公开示例数据；测试输入包括DICOM文件夹以及预转换的NIfTI或NRRD文件，代表性解剖目标包括腹部器官、胸部器官、颅骨与牙齿以及脑部结构。
**四、研究结果**
**生成的输出文件**
Instant3D从代表性CT和MRI数据集生成了预期的输出文件。默认情况下，该软件为所选ROI生成STL网格和NIfTI格式的分割图像。当启用额外输出选项时，Instant3D还生成逐切片SVG分割蒙版和包含体积测量值的CSV文件。STL文件提供了所选解剖结构的表面网格模型，可在3D Slicer等外部三维可视化软件中打开。NIfTI分割图像提供对应于自动分割结果的基于体素的标签数据。可选SVG蒙版提供切片级、可编辑的分割轮廓，并确认与SegRef3D兼容，可用于手动审查和细化。可选CSV文件列出所选ROI名称及其对应的体积测量值，支持跨数据集定量比较。
**功能测试结果**
所有功能检查均成功完成。批量处理为每个输入数据集生成了独立、组织正确的输出目录和预期文件。
**工作流程特征及与现有平台的关系**
默认工作流程允许用户通过三个步骤生成分割输出：数据导入、ROI选择和通过运行按钮执行。可选的进阶设置，包括模态选择、TotalSegmentator任务选择、多ROI选择、批量处理、性能设置和输出切换，在同一个GUI内提供了额外的灵活性。Instant3D并非旨在替代全面的可视化和分割平台，而是作为轻量级前端，服务于需要快速执行TotalSegmentator、批量处理和直接生成可重复使用输出文件的用户。在该工作流程中，外部平台对于下游可视化、手动细化和更高级的图像分析仍然重要。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，Instant3D为研究和教育中将基于TotalSegmentator的自动分割与实际三维重建工作流程相连接提供了一个开源、用户友好的GUI前端。它通过简化数据导入、ROI选择、后端执行和输出生成，减少了常规使用中对命令行操作的需求。3D Slicer、OsiriX/OsiriX MD等全面性平台并未被Instant3D取代，而是被其补充——Instant3D专注于快速执行TotalSegmentator、批量处理以及直接导出可重复使用的STL、NIfTI、SVG和CSV输出。Instant3D的潜在应用包括定量影像和放射组学研究，其中可重复的分割和可扩展的体积或形状特征提取是重要的预处理步骤。结合批量处理和多样格式导出，对需要重复数据集处理或三维打印、扩展现实原型制作等下游应用的研究尤为有用。该研究存在一些局限性：评估仅限于功能测试，未评估正式的分割精度指标；未进行正式的用户性能指标、可用性测试和基于时间的跨平台比较；Instant3D作为TotalSegmentator的前端，其可分割结构范围和总体分割精度受限于所安装的后端；当前打包分发主要面向Windows用户，且初始后端安装仍需一些命令行操作；Instant3D不包含集成三维查看器；未来开发目标包括更全面的跨平台打包、基于Docker的分发和更全面的后端捆绑等。
研究结论翻译如下：研究人员开发了Instant3D，一个基于TotalSegmentator的开源且用户友好的GUI前端，用于医学图像分割和三维重建。Instant3D为数据导入、ROI选择、后端执行、批量处理以及直接导出STL网格、NIfTI分割图像、SVG蒙版和CSV体积表提供了简化的工作流程。虽然它不能取代全面的可视化或分割平台，但通过简化可重复使用的、面向三维重建的输出的生成，对其形成补充。因此，Instant3D可作为研究、教育、定量影像、三维打印以及虚拟或混合现实应用原型开发中的实用工作流程工具。
