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# CBT_project（Cortical Bone Trajectory）
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在腰椎 CT（L1–L5）上自動規劃椎弓根螺絲（pedicle screw）軌跡的研究程式：把螺絲建模為圓柱體，用 PSO / DE / Nelder-Mead 最佳化在骨頭分割結果上評分，求得每節脊椎左/右最佳螺絲的位置、角度與尺寸，再映回 native CT 空間輸出可視化結果。
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## 管線
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CTSpine1K 原始 CT + label
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│
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xfr_preprocess.py 裁切 / 0.5mm 重取樣 / 方向正規化
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│ （symmetry plane、upper endplate plane）
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xfr_pso.py / xfr_de.py 每 level 左/右螺絲軌跡最佳化（GPU）
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│ 圓柱 × 骨頭 mask 評分（皮質骨、VBODY、
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│ tip 處罰、入口端 0.5mm 豁免）
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xfr_check_spinous.py 棘突檢查 / 驗證
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xfr_cbt_native.py 映回 native CT → cbt.nii.gz + X 光投影片
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- 最佳化參數：`pos = [z, y, x, azimuth°, altitude°, 直徑 mm, 長度 mm]`，直徑/長度吸附到臨床允許值。
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- 評分函數：`core/objective.py` 的 `OptimizationContext` + `make_objective_function[_xfr]`。
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- 映回 native 以各 volume 的 `transform.json` 仿射鏈為單一事實來源（`imaging/transforms.py`）。
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## 環境
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- Python 環境管理：**pixi**（`pixi.toml`；conda env `cbt` 已棄用）
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- 首次建置 / 更新：`pixi install`
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- 主要依賴：`torch`（CUDA 12.6 wheel）、`SimpleITK`、`scipy`、`scikit-learn`、`numpy`、`nibabel`、`tinydb`、`pyswarm`、`matplotlib`
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- 多 GPU 批次：`run_all_cases.py --gpu N --total_gpus M`
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## 執行
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入口腳本皆有 pixi task（`pixi run <task> -- <args>`，見 `pixi.toml` 的 `[tasks]`）；或 `pixi shell` 後直接執行（腳本 shebang 為 `#!/usr/bin/env python`）：
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```bash
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# 預處理（全部 volume；或 --max-images 取前 N 支）
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pixi run preprocess -- [--max-images N] [--output-dir DIR]
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# 最佳化（缺省跑標準化目錄內所有 volume 的 L1–L5）
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pixi run pso -- [volume_id [level]] [--screw-shape cone|cylinder]
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pixi run de -- [volume_id [level]]
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# 棘突檢查
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pixi run check-spinous
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# 映回 native CT（run_id 為最佳化輸出的日期時間目錄）
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pixi run cbt-native -- <run_id> [volumes...] [--date D]
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資料路徑（CTSpine1K 原始檔、標準化輸出、最終輸出）hardcode 在各 `xfr_*.py` 頂部，跨機器/世代執行時先確認這些常數；元數據存於 `xfr_image_metadata.json`（TinyDB），日誌在 `logs/`，結果 CSV 在 `results/`。
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## 目錄結構
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| 路徑 | 說明 |
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| `core/` | 圓柱生成（torch）、中心線相交、評分（`scoring.py`）、objective、optimizer（PSO/DE/NM） |
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| `imaging/` | NIfTI I/O、預處理、重取樣、仿射、方向正規化、分割、transform 鏈 |
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| `visualization/` | 四視角螺絲圖（`res_bone_figure`）、3D 繪圖、圓柱存 NIfTI / overlay 到 CT |
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| `config/` | `constant.py`（LABEL_MAP、螺絲尺寸、OVERLAP_THRESH、spacing）、`device.py` |
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| `utils/` | NFS 重試、唯一檔名、輔助函數 |
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| `xfr_*.py` | 現世代管線入口腳本 |
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| `run_*.py` | 舊世代多 GPU 批次 / benchmark 腳本 |
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| `references/` | 參考文獻 PDF |
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| `experiment.ipynb` | 實驗 notebook |
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## 輸出
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- 每 volume 的螺絲：標準化目錄下 `Output/<run_id>/<vol>/` 的四視角 PNG 與 CSV。
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- Native 空間：`Output_dir/<run_date>/<vol>/cbt.nii.gz`（label 1–10 = L1L…L5R）與 x-ap / x-lat / z-ap / z-lat X 光投影片（含螺絲標註版）。
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- 驗收標準見 `xfr_cbt_native.py` docstring（螺絲柱 in-label ≥ 92%、2-voxel 膨脹 ≥ 98%）。
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