用於手動調整幾何模型的先驗信息編碼的製作方法
2023-09-19 08:06:15 1
專利名稱：用於手動調整幾何模型的先驗信息編碼的製作方法
用於手動調整幾何模型的先驗信息編碼本發明涉及一種調整方法，用於調整幾何模型以適應圖像數據。 本發明還涉及一種調整系統，用於調整幾何模型以適應圖像數據。 本發明還涉及一種採集系統，用於獲取圖像數據，其包括所述調整系統。本發明還涉及一種工作站，其包括所述調整系統。本發明還涉及一種由計算機設備加載的電腦程式產品，其包括指令， 用於調整幾何模型以適應圖像數據。在WO2005/038711中，描述了開始段落中所述的這種調整方法的實施 例，以下將其稱為參考文獻l。該文獻描述了幾種用於修改幾何模型的手動 工具，例如高斯拖拉工具和球體推動工具，其目的是為了改善調整幾何模 型以適應圖像數據的結果。例如，在該調整方法的一個實施例中，用戶可 以選擇表示幾何模型的網格的一個頂點，並利用高斯拖拉工具來將它拖拉 至期望的位置。還可以移動周圍的頂點。用平滑函數來控制它們的位移， 該平滑函數例如為以該選定頂點為中心的高斯函數。該方法的缺陷在於幾何模型的變形由工具的幾何參數來控制。例如， 利用諸如高斯函數的半徑之類的參數來控制由高斯拖拉工具引起的變形， 例如，該高斯函數對被定義為高斯函數的方差的平方根的變形進行建模。 將幾何模型的一個頂點拖拉向圖像數據內的邊界會導致幾何模型的變形， 其沒有將幾何模型的邊界與圖像數據內的目標邊界對準。最後，可以通過 操縱多個頂點直至完成該手動調整為止，來校正在幾何模型的邊界對準中 的所有誤差。可替換地，可由用戶交互地設置工具的參數，來優化該工具。 然而，任一種解決方案都需要大量的用戶交互且因此會非常耗費時間。本發明的目的是提供開始段落中所描述的那種需要相對較少用戶交互 的調整方法。本發明的目的是通過以下實現的用於調整幾何模型以適應圖像數據 的調整方法包括區域選擇步驟，用於選擇所述幾何模型的區域；以及手動調整步驟，用於利用所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特 徵，來手動調整所述幾何模型以適應所述圖像數據。使用一種利用滑鼠操作的標準選擇工具來選擇所述幾何模型中將要被 手動調整以適應圖像數據的幾何模型的區域。同樣的工具用於手動調整幾 何模型，以便將其與圖像數據內所包含的察覺到的對象對準。根據本發明 所述，由選定區域的一組特徵來控制幾何模型的變形。該組特徵包含在該 幾何模型內。這允許將優化的工具參數應用於幾何模型的選定區域。例如， 在由包含多個頂點的自適應網格所表示的幾何模型情況下，網格的每一個 頂點都是幾何模型的一個區域。每一個頂點都可以用其自己的權重函數來 表徵，權重函數用於控制由應用於該區域的拖拉工具所引起的變形。所述 權重函數包括網格中所有頂點的權重，它們中的大部分通常為零。當將拖 拉工具應用於選定頂點時，網格中每一個頂點的位移都與選定頂點的權重 成正比。選定頂點的權重為1。例如，在某個特定頂點上的權重函數的值可 以按指數規律減少。該指數可以與從該特定頂點到選定頂點之間的距離成 正比。這樣的權重函數用隨著與選定區域之間的距離而下降的速率來表徵。 與選定頂點相關的權重函數的下降速率確定了通過將拖拉工具應用於該頂 點而引起的變形範圍。例如，如果在選定頂點周圍區域中的頂點彼此強耦 合，例如表示骨頭平坦區域的頂點，則拉工具的下降速率相對較小。利用 拖拉工具從該區域中拖拉一個頂點將導致附近頂點的類似位移。另一方面， 如果在選定頂點周圍區域中的頂點彼此弱耦合，例如表示彎曲軟組織的頂 點，則權重函數的下降速率應當相對較大。利用拖拉工具從該區域中拖拉 一個頂點將對附近頂點的位移起相對有限的影響。僅僅靠近所拖拉頂點的 頂點發生位移。頂點的位移將隨著與所選頂點之間的距離而快速減少。因 此，通過使用選定區域的特徵(例如下降速率)來調整幾何模型以適應圖像數 據，本發明的調整方法就需要相對較少的用戶交互。在根據本發明的調整方法的一個實施例中，所述幾何模型包括用於手 動調整幾何模型的工具，並且所述方法還包括用於選擇該工具的工具選擇步驟。本發明的方法利用諸如參考文獻1中的拖拉工具和推動工具之類的 工具，來手動調整所述區域以適應圖像數據。所述工具可以包含在該區域 的特徵組內。每一個區域都可以存儲其自己的、對所述區域進行調整最為
有用的工具。可替換地，該工具可以是綜合工具(global tool)。該特徵組可 以包括用於控制對所述區域進行調整最為有用的工具的工作方式的參數。
在根據本發明的調整方法的另一實施例中，所述幾何模型包括用於手動 調整幾何模型的所述工具的配置，並且所述方法還包括用於選擇所述配置的 配置選擇步驟。所述工具配置可以包含在該區域的特徵組內。每一個區域 都可以存儲其自己的、對所述區域進行調整最有用的工具配置。可選地， 所述幾何模型可以包括多個配置。拖拉工具配置的實例是用於相對於脈管 的脈管調整的工具定向。在相對於脈管中心線的第一預定定向上，該工具 充當應用於脈管邊界的拖拉工具。在相對於脈管中心線的第二預定定向上， 該工具充當應用於脈管中心線的拖拉工具。
在根據本發明的調整方法的另一個實施例中，所述調整方法還包括自 動調整步驟，用於自動調整幾何模型以適應圖像數據，其中，所述手動調 整步驟還包括邊界條件步驟，用於手動地為所述自動調整步驟設置邊界條 件。某些用於自動調整的幾何模型已經包含了用於調整所述幾何模型的一 組特徵和一個先驗信息，其中上述用於自動調整的幾何模型例如在J.Weese, V.Pekar， M.Kaus， C丄orenz， S丄obregt禾Q R.Truyen所著的、在Proc. IPMI, 380-387, Springer Verlag, 2001中公開的文獻"Shape constrained deformable models for 3D medical image segmentation"中所描述的三角形網格，以下將 該文獻稱為參考文獻2。在此情況下，用戶可以選擇幾何模型的特定部分， 並在手動調整步驟中將這些部分拖拉至所期望的位置。將選定部分以及幾 何模型中在包圍該選定部分的預定形狀和大小的體積之外的部分固定到它 們的新位置，該新位置定義了邊界條件。然後在自動調整步驟中調整幾何 模型。經調整的幾何模型滿足強制邊界條件。僅調整幾何模型中這些未被 邊界條件所固定的部分。該實施例的優勢在於不需要其他的用於手動調整 幾何模型的區域特徵組。在自動調整步驟中使用在這些幾何模型中已經可 用的區域特徵組。可選地，所述幾何模型可以包括用於手動設置邊界條件 的區域特徵組。在根據本發明的調整方法的另一個實施例中，所述調整方法還包括分 割步驟，用於分割圖像數據。對包含在圖像數據中的多個物體使用所述調 整方法允許醫生描繪所述多個物體。這有助於將圖像數據更好的可視化， 並使醫生能夠提取定量的數據，例如包含在圖像數據中的物體的幾何參數。
本發明的另一個目的是提供開始段落中所述類型的需要相對較少用戶 交互的調整系統。其通過以下實現的用於調整幾何模型以適應圖像數據 的適應系統包括
區域選擇單元，用於選擇所述幾何模型的區域；以及
手動調整單元，用於在所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特徵 的基礎上，手動調整所述區域以適應圖像數據。
本發明的另一個目的是提供開始段落中所述類型的需要相對較少用戶 交互的圖像採集系統。其通過以下實現的所述圖像採集系統包括調整系 統，用於調整幾何模型以適應圖像數據，所述調整系統包括
區域選擇單元，用於選擇所述幾何模型的區域；以及
手動調整單元，用於在所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特徵的 基礎上，手動調整所述區域以適應圖像數據。
本發明的另一個目的是提供開始段落中所述類型的需要相對較少用戶 交互的工作站。其通過以下實現的所述工作站包括調整系統，用於調整 幾何模型以適應圖像數據，所述調整系統包括
區域選擇單元，用於選擇所述幾何模型的區域；以及
手動調整單元，用於在所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特徵的 基礎上，手動調整所述區域以適應圖像數據。
本發明的另一個目的是提供開始段落中所述類型的需要相對較少用戶 交互的電腦程式產品。其^il過以下實現的要由計算機設備加載的計穀幾 禾旨產品包括指令，用於調整幾何模型以適應圖像 ，戶皿計,設備包括處
理單元和存儲器，戶，計對幾禾i^產品在被加i^M^合戶;M處理單元執行以下
任務的能力
選擇所述幾何模型的區域；以及
在所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特徵的基礎上，手動調整 所述區域以適應圖像數據。基於本說明，本領域技術人員可以實施戶;f^應系統、圖像採集系統、工作 站和/或計^i幾，群產品的修艦其變化，其與戶;f^3^方法的修艦其變化相對 應。
本發明的調整方法用於調整幾何模型以適應2D、 3D和域4D圖像數 據。儘管實施例主要描述了調整幾何模型以適應3D圖像數據的情況，但是 在本發明說明書的基礎上，將所述調整方法、調整系統、圖像採集系統、 工作站和/或電腦程式產品延伸到其他維度對本領域技術人員而言是顯而 易見的。現在可以依慣例 各種 採集形式來產生圖像數據，例如核磁共振 (MRI)、計^I幾斷層造影^(CI)、超聲波(US)、正電子劃寸斷層造影稱ET)、單光 子鄉計穀幾斷層造影術(SPECT)。
將參考附圖，相對於以下戶誠的執行和實施例來闡明根據本發明的適應方法、 適應系統、圖像採集系統、工作站和計算機禾i^產品的這些及其它方面，它們由 此將變得顯而易見，其中
圖1示意性地示出了對股骨的手動調整結果；
圖2示出了調整方法的示範性實施例的簡化流程圖3示意性地示出了對脈管的手動調整結果；
圖4示意性地示出了對股骨頂部的手動調整結果；
圖5示出了調整系統的實施例的方框圖6示意性地示出了圖像採集系統的實施例；以及
圖7示意性地示出了工作站的實施例。
在^p附圖中，相同的參考f私己數字用於表明相應的部分。
圖1示意性地示出了對股骨100的手動調整效果。將諸如參考文獻1 中所述的高斯拖拉工具之類的拖拉工具應用於股骨100。在第一個視圖101 中，將高斯拖拉工具應用於第一個箭頭111的起點所指示的區域，並按照 第一個箭頭111所指示的方向拖拉此區域。由第一個輪廓121來描繪所產 生的變形。在第二個視圖102中，將高斯拖拉工具應用於第二個箭頭112 的起點所指示的區域，並按照第二個箭頭112所指示的方向拖拉此區域。 由第二個輪廓122來描繪所產生的變形。由第一個輪廓121和第二個輪廓122所描繪的變形都是無效的。不應允許這樣的變形。不可能使股骨100按 照這兩個視圖所示的方式進行變形。這是因為在第一個視圖101和第二個 視圖102中所示的高斯拖拉工具使用純粹的幾何信息和絕對的本地信息。在圖1中的第三個視圖103中，將高斯拖拉工具應用於第三個箭頭113 的起點所指示的區域，並按照第三個箭頭113所指示的方向拉此區域。由 第三個輪廓123來描繪所產生的變形。在此，由第三個輪廓123所標記的 變形在股骨100的很長範圍上擴展。參考文獻1的高斯拖拉工具具有一種 新特性其使用了有關股骨100的應用了高斯拖拉工具的區域的先驗和更 全面的信息。該新特性示出了使用本發明所述的方法超越現有技術的方法 的優勢。圖2示出了用於調整幾何模型以適應圖像數據的調整方法200的示範性實施例的簡化流程圖，調整方法200包括 初始化步驟210，用於初始化所述幾何模型； 區域選擇步驟220，用於選擇所述幾何模型的區域；以及 手動調整步驟235，用於使用所述幾何模型內所包含的所述區域的一組特徵，手動調整所述區域以適應圖像數據。 可選地，調整方法200還包括 分割步驟205，用於分割圖像數據；自動調整步驟215，用於自動調整所述幾何模型以適應圖像數據；工具選擇步驟225，用於選擇用來手動調整所述區域以適應圖像數據的 工具；以及配置選擇步驟230，用於設置所述的用來手動調整所述區域以適應圖像 數據的工具的配置。進一步參照圖2，在開始步驟201之後，方法200前進到GUI步驟202， 用於顯示圖形用戶接口，來與用戶交流信息。然後方法200前進到分割步 驟205。如果在圖像數據中沒有其他必須對其調整幾何模型的對象，則調整 方法200就前進到結束步驟299,在此，由調整方法200操縱的處理結束。 反之，則選擇要被調整來適應圖像數據的幾何模型。接下來，在初始化步 驟210中，初始化選定的幾何模型。例如，可以在圖像中將幾何模型放置 在圖像數據中的要為其調整幾何模型的物體附近。可選的，幾何模型還可以進行旋轉、平移和/或縮放，以匹配要為其調整幾何模型的物體。在初始化步驟210之後，執行自動調整步驟215，用於自動調整初始化後的幾何模 型以適應圖像數據。如果不需要手動調整幾何模型，則調整方法200就前 進到分割步驟205。如果幾何模型中仍然存在需要進行調整以適應圖像數據 的區域，則在區域選擇步驟220中選擇該區域。接下來，在工具選擇步驟 225中，從一組工具中選擇一個工具。接下來，在步驟230中，設置所述的 與圖像數據相關的工具的配置。 一旦選擇了該區域並且準備了用於手動調 整該區域以適應圖像數據的工具，則在手動調整步驟235中，手動調整幾 何模型以適應圖像數據。在手動調整步驟235之後，方法200可以前進到自動調整步驟215，用 以在手動調整步驟中定義的新的邊界條件的基礎上，自動調整幾何模型以 適應圖像數據，方法200前進到區域選擇步驟220來選擇另一個用於手動 調整的區域，方法200前進到工具選擇步驟225來選擇用於手動調整幾何 模型以適應圖像數據的工具，或方法200前進到配置選擇步驟230來選擇 所述的用於手動調整該幾何模型以適應圖像數據的工具的配置。如果不需 要調整幾何模型，方法200就前進到分割步驟205。在根據本發明的調整方法200的一個實施例中，幾何模型基於包括多 個頂點的網格。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，網格是多 邊形網格，例如在參考文獻2中所用的三角形網格。多邊形網格表示被建 模物體的表面。多邊形網格相對易於實現。多邊形網格的調整很少要求過 多的計算時間。可替換地，幾何模型可以基於四面體網格。本領域技術人 員會理解存在許多可以用本發明的調整方法200來調整的幾何模型。在本 發明實施例的說明中所用的網格僅是為了說明的目的，並不限制權利要求 的範圍。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，調整方法200可選地 包括分割步驟205。分割步驟205允許使用調整方法200來調整多個幾何模 型以適應圖像數據集，用以描繪在圖像數據內所包含的所關注對象的輪廓。 分割步驟205還用作對循環進行控制的控制步驟，該循環包括一個用於調 整幾何模型以適應圖像數據的循環周期。可替換地，調整方法200還可用 於調整預定的幾何模型以適應圖像數據中的對象，以便計算對象的特徵。在該情況下，不需要分割步驟205。例如，可以使用調整方法200來計算圖 像中所包含的心臟對象的體積和其他特徵。在初始化步驟210中，初始化幾何模型。例如，可以在圖像中將幾何 模型放置在圖像數據中的要為其調整幾何模型的物體附近。可選地，幾何 模型還可以進行旋轉、平移和/或縮放，以匹配要為其調整幾何模型的物體。 初始化步驟可以手動地或自動地進行。在根據本發明的調整方法200的另一個實施例中，可以在自動調整步 驟215中自動調整幾何模型以適應圖像數據。例如，對於表示幾何模型的 三角形網格，可以使用參考文獻2中所描述的調整方法200。本領域技術人 員將了解以下事實存在許多本領域公知的自動調整方法，並且可以在自 動調整步驟215中使用它們的任意組合。區域選擇步驟220是非常重要的步驟，因為選定區域定義了該選定區 域的一組特徵，其在手動調整步驟中，用來在該手動調整步驟230中將幾 何模型的所述區域與圖像數據對準。可選地，可以使用選定區域來定義用 來手動調整幾何模型以適應圖像數據的一組工具，其中，可以如本發明的 另一實施例所述，在工具選擇步驟225中從該組工具中選擇一種工具。另 一種選擇是使用在區域選擇步驟220中選定的區域和在工具選擇步驟中選 定的工具，來如本發明的另一實施例所述的，在配置選擇步驟230中確定 一組工具配置並且確定用於該組工具配置中每個工具配置的所允許參數 值。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，用於在圖像數據中選 擇一個區域的區域選擇步驟220被配置為使用GUI工具來旋轉和平移所顯 示的視圖(例如投影視圖或橫截面視圖)，其包括與根據圖像數據渲染的視圖 交疊的幾何模型，以便渲染一個有用的視圖來選擇要被手動調整以適應圖 像數據的區域。優選地，為3D圖像數據定義旋轉和平移。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，幾何模型包括用於手 動調整幾何模型的工具，並且調整方法200還包括用於選擇工具的工具選 擇步驟225。本發明的調整方法200使用諸如拖拉工具和推動工具之類的工 具來手動調整所述區域以適應圖像數據。該工具可以包含在該區域的特徵 組中。每一個區域都可以存儲其自己的、對調整所述區域最為有用的工具。可替換地，所述工具可以是綜合工具。該特徵組可以包括用於控制對所述 區域進行調整最為有用的工具的工作方式的參數。可選地，幾何模型可以 包括一組用於手動調整幾何模型的工具。在基於多邊形網格的幾何模型的情況下，可以為每一個多邊形分配一 組可用於手動調整幾何模型的區域的工具，所述區域包括該多邊形。例如， 可以為每一個多邊形分配一個拖拉工具和一個推動工具。每一個工具都可 以由該多邊形的一組特徵中所包含的參數來控制。例如，拖拉工具可由用 於確定網格的多變形相對於所拖拉的多邊形的相對位移的函數來控制，例 如高斯函數。可選地，拖拉工具可由多個參數來控制。這對於調整幾何模型以適應3D圖像數據尤其有用。例如，可以用參考文獻1中所述的兩個半 徑來代替高斯拖拉工具的半徑。在工具選擇步驟225中，當把滑鼠指針放 在多邊形上時，可以由GUI來顯示分配給多邊形的工具。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，幾何模型包括用於手 動調整幾何模型的工具配置，並且調整方法200還包括用於選擇該配置的 配置選擇步驟230。工具的配置可以包含在該區域的特徵組中。每一個區域 可以存儲其自己的、對調整所述區域最為有用的工具配置。可選地，幾何 模型可以包括多個配置。用戶可以利用諸如滑鼠之類的用戶輸入設備來操 縱工具配置。預先定義的配置的一個實例是用於與脈管有關的脈管調整的拖拉工具 的定向。圖3示意性地示出了對表示脈管的幾何模型310的手動調整效果。 可以將用於調整由等腰三角形330所表示的脈管邊界310的工具330定向 為平行於或垂直於脈管的中心線320。可以在該工具與脈管中心線320之間 的角度的基礎上，將工具330的每一個定向分類為平行配置或者垂直配置。 在第一個視圖301中，工具基本上垂直於中心線。在該配置中，可以將該 工具應用於脈管邊界310，來使脈管邊界310變形。這種調整的結果是如第 一個輪廓311所描繪的脈管邊界310的變形。在第二個視圖302和第三個 視圖303中，工具330基本上平行於脈管的中心線320。在該配置中，可以 將工具330應用於脈管中心線320，來彎曲或伸展脈管邊界320。在視圖302 中用第二個輪廓312描繪了對脈管邊界310進行彎曲的結果。在視圖303 中用第三個輪廓313描繪了對邊界310進行伸展的結果。可替換地，可以在由工具330的應用點所確定的幾何模型區域的基礎 上定義一種類似的效果。如果將工具應用於脈管邊界上或其附近，則工具 在脈管邊界上起作用。如果將工具應用於脈管中心線上或其附近，則工具 在脈管中心線上起作用。可替換地，存在有兩種不同的工具，第一種工具用於調整脈管邊界， 而第二種工具用於調整脈管中心線。可以為幾何模型的各個區域分配工具。 如果滑鼠指針位於脈管邊界上或其附近，則第一種工具生效。如果滑鼠指 針位於脈管中心線上或其附近，則第二種工具生效。在手動調整步驟235，在幾何模型中所包含的區域特徵的基礎上，手動 調整幾何模型的所選區域以適應圖像數據。所述區域特徵包括關於幾何模 型的該區域的所允許的變形的信息。變形可以取決於許多條件，例如被建 模組織的剛度和在該區域中的幾何模型表面曲率。因此，用於控制工具的 參數取決於該區域。這在圖4中進行了圖示，圖4示意性地示出了對股骨 頭部400進行手動調整的結果。例如，該工具是高斯拖拉工具。用於控制 該工具的參數是對股骨頭部的變形進行建模的高斯函數的半徑，所述變形 被定義為例如高斯函數的方差的平方根。該半逕取決於高斯拖拉工具的應 用區域。在圖4的第一個視圖401中，如箭頭411所示地將高斯拖拉工具應用 於股骨頭部400的半球頂點。用第一個輪廓421來指示所產生的變形。在 圖4的第二個視圖402中，如箭頭412所示地將高斯拖拉工具應用於股骨 頭部400的半球基部。用第二個輪廓422來指示所產生的變形。第一個輪 廓421的半徑大於第二個輪廓422的半徑。導致該差異的原因是以下事實 在股骨頭部400的半球頂點的曲率小於在股骨頭部400的半球基部的曲率。本領域技術人員將會理解，可以用多種方式來實現各個部分的位移。 例如，在將拖拉工具應用於由網格頂點來表示的幾何模型的情況下，特定 頂點的位移矢量可以用所拖拉頂點的位移矢量和分配給該特定頂點的權重 來定義。可選地，該特定頂點的位移矢量的方向可以不同於所拖拉頂點的 位移方向。可替換地，可以使用該特定頂點在以拖拉頂點為原點的本地坐 標系統中的本地坐標的矢量值函數，來計算該特定頂點的位移矢量。可替 換地，正如本發明另一實施例中所述的，可以優化具有基於所拖拉頂點的位移的邊界條件的內部能量表達式，來計算該特定頂點的位移。本領域技 術人員將了解此事實存在其他方法來在由工具引起的網格變形的基礎上 計算特定頂點的位移。這些方法中的一些可以與拖拉工具相關聯；其他的 可以與其他工具相關聯。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，手動調整步驟235還 包括用於為自動調整步驟215手動設置邊界條件的邊界條件步驟。在手動 調整步驟235中調整幾何模型的區域。在手動調整過程中，用戶選擇幾何 模型的多個特定部分，例如表示幾何模型的網格頂點，並且將這些部分拖 拉至所期望的位置。將這些選定部分以及幾何模型中在包圍這些選定部分 的預定形狀和大小的體積之外的部分固定到它們的新位置，所述新位置定 義了邊界條件。然後，在自動調整步驟215中調整幾何模型。調整後的幾 何模型滿足強制邊界條件。僅調整幾何模型中這些未被該邊界條件所固定 的部分。該實施例的優勢在於不需要額外的用於手動調整幾何模型的區域 特徵。基於包含在幾何模型中且由自動調整步驟215所使用的特徵，來執 行整體調整。在根據本發明的調整方法200的另一實施例中，使用以三角形網格為 基礎的幾何模型和以組合後的內部和外部幾何模型勢能的最小化為基礎的 調整方法。在參考文獻2中描述了該模型和方法。在該實施例中，用手動 選定的點來代替通常用於外部能量的圖像驅動邊界點。可以通過將非常大 的權重分配給外部能量項來實現邊界條件，該外部能量項描述了將所調整 的部分吸引到其手動選定的位置，所述的非常大的權重比分配給幾何模型 勢能中的其他任何項的權重都大很多。由內部能量參數和邊界條件來確定 網格的三角形的位移。本領域技術人員將理解，可以通過找到對於力場中 運動方程式的固定解，來概括和執行對幾何模型勢能的最小值的查找。特 別是，可以利用模擬來求解運動方程式，所述模擬採用了對能量損耗起作 用的項，因此促進了模擬的快速收斂。可替換地，可以使用以現有技術中已知的另一種成本函數的優化為基 礎的方法。網格的手動移動的三角形或頂點的位置定義了邊界條件，並且 所述位置沒有被優化。調整方法200可以有利地用於對自動調整結果進行校正。可替換地，調整方法200可以用作調整幾何模型以適應圖像數據的可選方法。在本發明的方法200的所述實施例中的順序不是強制性的，在不脫離本發明所希望的概念的情況下，本領域技術人員可以改變步驟的順序或使用線程化模型、多處理器系統或多個進程並行地執行這些步驟。可選地，本發明的方法200的兩個步驟可以合併為一個步驟。可選的，可以將本發明的調整方法100的一個步驟分割為多個步驟。圖5示意性地示出了調整系統500的一個實施例，其用於調整幾何模型以適應圖像數據，調整系統500包括初始化單元510，用於初始化幾何模型；區域選擇單元520，用於選擇幾何模型的區域；以及手動調整單元535，用於在幾何模型中所包含的所述區域的區域特徵的基礎上，手動調整所述區域以適應圖像數據。 可選地，調整系統500還包括 分割單元505，用於分割圖像數據；自動調整單元515，用於自動調整幾何模型以適應圖像數據； 工具選擇單元525，用於選擇用來手動調整所述區域以適應圖像數據的 工具；配置選擇單元530，用於設置工具的配置，例如相對於圖像數據來設置；以及用戶接口 565，用於與檢測系統500進行通信。在圖5所示的調整系統500的實施例中，有三個輸入連接器581、 582 和583，用於輸入數據。第一輸入連接器581被配置為接收從諸如硬碟、磁 帶、快閃記憶體或光碟之類的數據存儲器輸入的數據。第二輸入連接器582被配 置為接收從諸如滑鼠或觸控螢幕之類的用戶輸入設備輸入的數據。第三輸入 連接器583被配置為接收從諸如鍵盤之類的用戶輸入設備輸入的數據。輸 入連接器581 、 582和583連接到輸入控制單元580。在圖5所示的調整系統500的實施例中，有兩個輸出連接器591和592， 用於輸出數據。第一輸出連接器591被配置為向諸如硬碟、磁帶、快閃記憶體或 光碟之類的數據存儲器輸出數據。第二輸出連接器592被配置為向顯示設 備輸出數據。輸出連接器591和592經由輸出控制單元590接收各自的數據。本領域技術人員會理解存在許多方式將輸入設備連接到調整系統500 的輸入連接器581、 582和583以及將輸出設備連接到調整系統500的輸出 連接器591和592。這些方式包括但不限於有線連接與無線連接、諸如局 域網(LAN)和廣域網(WAN)之類的數字網絡、網際網路、數字電話網和模擬電 話網。在根據本發明的調整系統500的實施例中，調整系統500包括存儲器 單元570。存儲器單元570被配置為經由任何一個輸入連接器581、 582和 583從外部設備接收輸入數據，並在存儲器單元570中存儲所接收的數據。 將數據加載到存儲器單元570中允許調整系統500的各個單元對相關數據 部分的快速訪問。輸入數據可以包括但不限於圖像數據。可以藉助於諸如 以下的設備來實現存儲器單元570:例如，隨機存取存儲器(RAM)晶片、只 讀存儲器(ROM)晶片和/或硬碟。優選地，存儲器單元570包括RAM，用於 存儲圖像數據集。存儲器單元570還被配置為經由存儲器總線575，從調整 系統500的各個單元接收數據並向其傳遞數據，調整系統500的各個單元 包括分割單元505、初始化單元510、自動調整單元515、區域選擇單元 520、工具選擇單元525、配置選擇單元530、手動調整單元535、用戶接口 565。存儲器單元570還被配置為使得數據經由輸出連接器591和592中任 意一個對外部設備可用。將來自調整系統500的各個單元的數據存儲在存 儲器單元570中有利地改善了調整系統500的各個單元的性能，以及數據 從調整系統500的各個單元到外部設備的傳遞速率。可替換地，調整系統500不包括存儲器單元570和存儲器總線575。調 整系統500所使用的輸入數據由至少一個外部設備來提供，例如連接到調 整系統500的單元的外部存儲器或處理器。類似地，由調整系統500產生 的輸出數據被提供給至少一個外部設備，例如連接到調整系統500的單元 的外部存儲器或處理器。調整系統500的單元被配置為經由內部連接或經 由數據總線在彼此之間接收數據。在根據本發明的調整系統500的另一實施例中，調整系統500包括用 戶接口 565，用於與調整系統500通信。用戶接口 565包括顯示單元，用 於向用戶顯示數據；以及選擇單元，用於做出選擇。將調整系統500與用戶接口 565相結合允許用戶與調整系統500通信。用戶接口 565還被配置 為顯示幾何模型。用戶接口 565還被配置為顯示用於示出由為適應圖像數 據而對幾何模型進行的調整所造成的幾何模型變形的輪廓。用戶接口 565 還被配置為顯示用於調整幾何模型的工具和工具的配置。用戶接口 565還 被配置為幫助選擇工具和配置。可選的，用戶接口可以包括調整系統500 的多種操作模式，例如手工操作模式和自動操作模式。本領域技術人員會 理解，可以在調整系統500的用戶接口 565中有利地實現更多的功能。可替換地，調整系統可以使用經由輸入連接器582和/或583及輸出連 接器592連接到調整系統500的外部輸入設備和/或外部顯示器。本領域技 術人員還會理解存在許多用戶接口 ，其可以有利地包括在本發明的調整系 統500中。本發明的調整系統500，例如圖5中所示的，可以實現為電腦程式產 品，並可以存儲在任何適宜的介質上，諸如例如磁帶、磁碟或光碟。該 電腦程式可以被加載到包括處理單元和存儲器的計算機設備中。計算機 程序產品在被加載後，提供給處理單元執行渲染，各種任務的能力。圖6示意性地示出了圖像採集系統600的實施例，其使用了本發明的 調整系統500，所述圖像採集系統600包括圖像採集系統單元610，其經 由內部連接與調整系統500相連；輸入連接器601;以及輸出連接器602。 該配置有利地增加了圖像採集系統600的性能，為所述圖像採集系統600 提供了調整系統500的有優勢的分割能力。圖像採集系統的實例包括但不 限於CT系統、X射線系統、MRI系統、超聲波系統、正電子發射斷層造 影(PET)系統和單光子發射計算機斷層造影(SPECT)系統。圖7示意性地示出了工作站700的實施例。所述系統包括系統總線701 。 處理器710、存儲器720、磁碟輸入/輸出(I/0)適配器730和用戶接口(UI)740 可操作地連接到系統總線701。磁碟存儲設備731可操作地耦合到磁碟I/O 適配器730。鍵盤741、滑鼠742和顯示器743可操作地耦合到UI740。本 發明的調整系統500實現為電腦程式，其存儲在碟片存儲設備731中。 工作站700被配置為將程序和輸入數據加載到存儲器720中，並在處理器 710上執行程序。用戶可以用鍵盤741和/或滑鼠742向工作站700輸入信 息。工作站被配置為向顯示設備743和/或向碟片731輸出信息。本領域技術人員會理解有許多本領域己知的其它工作站的實施例，並且本實施例起 到說明本發明的目的，不能解釋為將本發明限於該特定實施例。應指出，上述實施例是說明性的而不是限制本發明，在不脫離所附權 利要求範圍的情況下，本領域技術人員將能夠設計可替換的實施例。在權 利要求中，在括號中的任何參考標記都不應解釋為限制權利要求。詞語"包 括"並不排除未在權利要求中列出的元件或步驟的存在。在元件之前的詞 語"一"不排除多個此類元件的存在。本發明可以藉助於包括幾個不同元 件的硬體及藉助於適當編程的計算機來實現。在系統中，權利要求列舉了 幾個單元，這些單元中的幾個可以由同一項硬體或軟體來體現。詞語第一、 第二和第三等的使用並不表示任何排序。這些詞語可以被解釋為名稱。
權利要求
1、一種調整方法(200)，用於調整幾何模型以適應圖像數據，所述調整方法包括區域選擇步驟(230)，用於選擇所述幾何模型的區域；以及手動調整步驟(235)，用於利用所述幾何模型中所包含的所述區域的一組特徵，來手動調整所述幾何模型以適應所述圖像數據。
2、 如權利要求1所述的調整方法(200)，其中，所述幾何模型包括用於 手動調整所述幾何模型的工具，並且所述調整方法(200)還包括工具選擇步 驟(225)，用於選擇所述工具。
3、 如權利要求1所述的調整方法(200)，其中，所述幾何模型包括用於 手動調整所述幾何模型的工具的配置，並且所述調整方法(200)還包括配置 選擇步驟(230)，用於選擇所述配置。
4、 如權利要求1所述的調整方法(200)，還包括自動調整步驟(215)，用 於自動調整所述幾何模型以適應所述圖像數據，其中，所述手動調整步驟 還包括邊界條件步驟，用於為所述自動調整步驟設定邊界條件。
5、 如權利要求1所述的調整方法(200)，還包括分割步驟，用於分割所 述圖像數據。
6、 一種調整系統(200)，用於調整幾何模型以適應圖像數據，所述調整 系統(200)包括區域選擇單元，用於選擇所述幾何模型的區域；以及 手動調整單元，用於在所述幾何模型中所包含的所述區域的區域特徵 的基礎上，手動調整所述區域以適應所述圖像數據。
7、 一種圖像採集系統(600)，用於採集圖像數據，其包括如權利要求6所述的調整系統(200)。
8、 一種工作站(700)，其包括如權利要求6所述的調整系統(200)。
9、 一種要由計算機設備加載的電腦程式產品，其包括指令，用於調 整幾何模型以適應圖像數據，所述計算機設備包括處理單元和存儲器，所 述電腦程式產品在被加載後，為所述處理單元提供執行以下任務的能力-選擇所述幾何模型的區域；以及在所述幾何模型中所包含的所述區域的區域特徵的基礎上，手動調整 所述區域以適應所述圖像數據。
全文摘要
本發明涉及調整方法(200)，用於調整幾何模型以適應圖像數據，所述調整方法包括區域選擇步驟(230)，用於選擇所述幾何模型的區域；以及手動調整步驟(235)，用於利用所述幾何模型中所包含的所述區域的一組特徵，來手動調整所述幾何模型以適應所述圖像數據。使用來自選定區域的特徵組中的區域特有特徵，例如確定變形範圍的區域特有參數，來手動調整所述幾何模型以適應所述圖像數據，需要相對較少的用戶交互。
文檔編號G06T5/00GK101268493SQ200680034615
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月20日 優先權日2005年9月23日
發明者J·威斯, J·彼得斯, O·艾卡伯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司