組合三維表面的製作方法
2023-06-19 12:43:36 2
組合三維表面的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於標測的方法，所述方法包括測量三維3D元件的第一部分的第一表面上的第一點集的坐標以及生成由所述第一點集封閉的第一體積。所述方法還包括測量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二點集的坐標以及生成由所述第二點集封閉的第二體積。所述方法通過如下而繼續進行：連接所述第一體積和第二體積以形成組合體積，以及生成所述組合體積的第三表面上的第三點集的坐標以形成所述元件的3D表面標測圖。
【專利說明】組合三維表面
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及圖形顯示，具體涉及組合兩個或更多個三維3D表面以產生單個3D顯示。
【背景技術】
[0002]雖然可通過多種程序來標測三維3D元件的表面，但是在單個標測操作中，存在許多其中在元件的不同部分上執行兩種或更多種標測操作的情況。在後一種情況下，需要組合在不同操作中標測的表面以便產生所述元件的更完整的3D標測圖。用於有效組合所述表面的方法將會是有利的。
【發明內容】
[0003]本發明的實施例提供了一種用於標測的方法，所述方法包括:
[0004]測量三維3D元件的第一部分的第一表面上的第一點集的坐標；
[0005]生成由所述第一點集封閉的第一體積；
[0006]測量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二點集的坐標；
[0007]生成由所述第二點集封閉的第二體積；
[0008]連接所述第一體積和第二體積以形成組合體積；以及生成所述組合體積的第三表面上的第三點集的坐標以形成所述元件的3D表面標測圖。
[0009]通常，連接所述第一體積和第二體積包括形成所述第一體積與第二體積的併集。生成所述第三點集的坐標可包括用所述第三表面覆蓋所述併集。
[0010]在本發明所公開的實施例中，第一體積和第二體積的交集包括非空集。
[0011]在可供選擇的實施例中，生成第一體積包括由第一點集形成第一表面以及填充由所述第一表面封閉的第一空間，並且生成第二體積包括由第二點集形成第二表面以及填充由所述第二表面封閉的第二空間。通常，填充第一空間包括閉合第一表面中的至少一個第一開口以形成閉合的第一表面，並且填充第二空間包括閉合第二表面中的至少一個第二開口以形成閉合的第二表面。
[0012]在可供選擇的實施例中，生成第三點集的坐標可包括覆蓋第一體積和第二體積的併集以形成第三表面，以及在第三表面中打開所述至少一個第一開口和所述至少一個第二開口以形成3D表面標測圖。
[0013]通常，3D元件包括人類器官的至少一部分。所述器官可包括心臟。
[0014]根據本發明的一個實施例，還提供了用於標測的設備，所述設備包括:
[0015]探針，其被配置成測量三維3D元件的第一部分的第一表面上的第一點集的坐標以及測量3D元件的第二部分的第二表面上的第二點集的坐標；和處理器，其被配置成:
[0016]生成由所述第一點集封閉的第一體積，生成由所述第二點集封閉的第二體積，連接所述第一體積和第二體積以形成組合體積；以及生成組合體積的第三表面上的第三點集的坐標以形成所述元件的3D表面標測圖。[0017]結合附圖，通過以下對本發明的實施例的詳細說明，將更全面地理解本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是根據本發明的實施例的三維3D表面組合系統的示意圖；
[0019]圖2A是根據本發明的實施例來源於心臟的第一右心房部分的表面的位置的測量的第一點集的示意圖；
[0020]圖2B是根據本發明的實施例示出了圖2A的點集轉化成網格的示意圖；
[0021]圖2C是根據本發明的實施例示出了圖2B的網格轉化成表面的示意圖；
[0022]圖2D是根據本發明的實施例由圖2C的表面產生的體積的示意圖；
[0023]圖3是根據本發明的實施例來源於心臟的第二右心房部分的表面的位置的測量的第二點集的示意圖；
[0024]圖4是根據本發明的實施例示出了在連接表面中由處理器執行的步驟的流程圖；
[0025]圖5根據本發明的實施例示出了圖4的流程圖的一些步驟；並且
[0026]圖6根據本發明的實施例示出了圖4的流程圖的另一步驟。
【具體實施方式】
[0027]
[0028]本發明的實施例提供了一種用於有效地組合三維3D表面的方法。組合的表面通常是目標的局部3D表面，諸如人體器官的至少一部分。在以下描述中，通過舉例的方式假定組合的表面包括心臟的右心房的兩個局部標測的表面。
[0029]為了生成第一局部標測的表面，測量右心房上的第一點集的坐標。通過填充由第一點集封閉的空間形成第一體積。相似地，為了生成第二局部標測的表面，測量右心房上的第二點集的坐標，並且通過填充由第二點集封閉的空間形成第二體積。
[0030]兩個體積作為各自的體積元素或體素的集合形成。通常通過形成兩個集合的併集來連接兩個體積，以形成組合體積。通常，兩個體積具有顯著的重疊，即，兩個體積的交集不是空集，使得併集中的體素的數目小於兩個單獨的體積中的體素數目的總和。
[0031]一旦形成組合體積，則將其用於生成第三表面的第三點集的坐標，所述第三表面覆蓋組合體積。第三表面有效地組合第一表面和第二表面，並且形成目標的3D表面標測圖。
[0032]通過本文所描述的方法組合表面是用於組合目標的局部表面的有效方法。在不損失精確度的情況下，與組合表面的現有技術方法(諸如將表面縫合在一起的那些)相比，該方法可更簡單地執行。
[0033]對系統的描沭
[0034]現在參考圖1，其為根據本發明的實施例的三維3D表面組合系統20的示意圖。在本文的描述中，假定由系統20組合的表面的例子包括與人體器官相關聯的表面。此外，假定3D表面組合系統20被配置成標測人體器官。然而，系統20可以必要的變更被配置成組合基本上任何3D表面。
[0035]為了簡潔和清楚起見，除非另外指明，否則以下說明均假設其中系統20使用探針24對人體器官34 (本文假設包括心臟)進行測量的研究過程。[0036]通常，探針24包括導管，所述導管在系統20的用戶28執行標測過程期間插入到受試者26的體內。在本文的描述中，以舉例的方式假定用戶28為醫療專業人員。
[0037]系統20可由系統處理器40控制，所述系統處理器包括與存儲器44連通的處理單元42。處理器40通常安裝在控制臺46中，所述控制臺包括操縱裝置38，所述操縱裝置通常包括專業人員28用來與處理器互動的定點裝置39，例如滑鼠或跟蹤球。處理器40所執行的操作結果在屏幕48上提供給專業人員，該屏幕顯示了心臟的三維3D標測圖50。在研究心臟的同時，屏幕通常顯示與心臟相關且疊加在標測圖上的輔助信息的其它項目52，例如專業人員28所使用的導管的位點。
[0038]專業人員28能夠利用定點裝置39來改變參照系的參數，以便顯示選擇的取向和/或選擇的放大率下的所得標測圖。
[0039]屏幕48通常還為用戶呈現圖形用戶界面。
[0040]處理器40使用存儲在存儲器44中的軟體包括探針跟蹤器模塊30，以作業系統20。例如，該軟體可以電子形式通過網絡下載到處理器40，或者作為另外一種選擇或除此之夕卜，該軟體可被提供和/或存儲在非臨時性有形介質(例如，磁存儲器、光學存儲器或電子存儲器)上。
[0041]探針跟蹤器模塊30在受試者26的心臟內跟蹤探針24的遠端32的位置和取向。假設該位置和取向坐標被存儲在標測模塊56中。跟蹤器模塊可使用本領域中已知的用於跟蹤探針的任何方法。例如，模塊30可在受試者附近操作磁場發射器，使得使來自發射器的磁場與被跟蹤的探針部分中的跟蹤線圈相互作用。線圈與磁場相互作用會生成信號，所述信號被傳輸到模塊，而且模塊會對所述信號進行分析，以確定線圈的位置和取向。(為簡潔起見，圖1中未示出此類線圈和發射器。)
[0042]由Biosense Webster (Diamond Bar, CA)生產的CartO?系統使用此類跟蹤方法。作為另外一種選擇或除此之外，跟蹤器模塊30可通過測量遠端上的電極與受試者26的皮膚上的電極之間的阻抗來跟蹤遠端32。由Biosense Webster生產的Carto3?系統採用磁場發射器以及阻抗測量兩者以用於跟蹤。以舉例的方式，假設跟蹤模塊30用於在心臟34的元件36的表面的三維部分中標測。為清楚期起見，在以下的說明中，將元件36視為右心房，其被標測為第一右心房部分36A和第二右心房部分36B。
[0043]圖2A是根據本發明的實施例來源於心臟34的第一右心房部分36A的表面的位置的測量的第一點集100的示意圖。通常，為了製備點集100，用戶28移動導管24的遠端以在右心房36內的點102處接觸心臟壁的不同區域。處理器40使用跟蹤器模塊30以評價點102的位置坐標，在本文中也稱為位置102。假設相對於(x，y，z)軸的正交集測量位置坐標。由於位置坐標通常會由於心臟跳動而改變，因此處理器還對位置坐標進行門控，即在心臟跳動的預定時間點在心臟壁上識別給定點102的位置。假設每個位置102位於對應體積元素或體素(圖中未示出)的中心。
[0044]圖2B是根據本發明的實施例示出了點集100轉化成網格的示意圖。如圖2B所示，處理器40使用標測模塊56初始連接位置102作為線段106的網格104，儘管並不一定，但網格通常為三角形網格。在一個實施例中，處理器40使用旋轉球算法(BPA)來製備網格104。通常，如果使用BPA，則將球的尺寸設定為對應上述體素的尺寸。在可供選擇的實施例中，網格104可作為狄洛尼(Delaunay)三角網格產生，包括多個具有對應於點102的頂點的三角形。三角網格的三角形可基於圍繞點102形成的VOTonoi圖。然而，處理器40可使用本領域中已知的形成網格104的任何方便的方法。
[0045]圖2C是根據本發明的實施例示出了網格104轉化成表面的示意圖。在製備網格104之後，處理器40生成連接點102和線段106的基本光滑的表面108。為了生成表面，處理器通常使用內推法和/或外推法。此外，為了確保表面108是基本光滑的，處理器可調節表面以便接近(但並不一定包括)一些點102和/或線段106。以舉例的方式，表面108具有畫在表面上的等聞線110，112，114。
[0046]在生成表面108之後，處理器檢查表面是否閉合，即，表面是否與諸如球面的閉合表面是拓撲等價的。通常，表面108不是閉合的，其具有一個或多個開口。表面108中的開口可以是器官中天然存在的那些，例如，右心房的上腔靜脈或下腔靜脈。在本文中，此類開口稱為天然開口。另外，在表面108中可能存在開口，在本文中稱為人造開口，因為器官未被完全標測。
[0047]如果表面108不是閉合的，則處理器通過添加另外的表面元件來閉合所述表面直到表面閉合。由閉合表面108製備的表面本文稱為閉合表面116。在一個實施例中,通過添加圍繞開口的取向包圍盒閉合開口，所述包圍盒具有最小體積。然後將包圍盒視作表面的一部分。
[0048]假設表面116具有定義方程:
[0049]S1 (X, y, z) =0 (I)
[0050]其中S1為函數。
[0051]在本文的說明中，表面116也被稱為表面S:。
[0052]圖2D是根據本發明的實施例由表面116形成的體積的示意圖。通過使用表面116，處理器40形成體積120，所述體積包括填充由表面封閉的空間的體素122。
[0053]可根據表達式(2)定義體積V1:
[0054]V1 = {V (X, y, z) | S1 (x, y, z) < 0 } (2)
[0055]其中V(x，y，z)表示以(x，y，z)為中心的體素122，並且V1是由體素122形成的體積。
[0056]體積120在本文中也稱為體積
[0057]圖3是根據本發明的實施例來源於心臟34的第二右心房部分36B的表面的位置的測量的點150的第二點集148的示意圖。圖3還示出了第二體積156，其基本上以如上面針對體積V1所述的方式由點150製備。從而，形成網格以連接點150，並且表面152由網格形成。閉合表面154由表面152生成,必要時閉合表面152以便表面與球體表面是拓撲等價的。填充由閉合表面154封閉的空間，所述閉合表面具有等高線158和160。假設所述閉合表面具有定義方程:
[0058]S2 (X，y, z) =0 (3)
[0059]其中S2為函數。
[0060]表面154在本文中也稱為表面S2。
[0061]根據用於體積156的表達式方程(3)，填充由表面S2封閉的空間的體積由下式給定:
[0062]V2= {V(x, y, z) | S2 (x, y, z) <0} (4)[0063]其中V(x，y，z)表示以(x，y，z)為中心的體素162，並且V2是由體素162形成的體積。
[0064]體積156在本文中也稱為體積V2。
[0065]圖4是根據本發明的實施例示出了在連接表面中由處理器40執行的步驟的流程圖，並且圖5和圖6根據本發明的實施例示出了一些步驟。為清楚起見，步驟的說明假設連接對應於右心房的部分36A的表面108和對應於右心房的部分36B的表面152以形成右心房的完整的表面標測圖182。
[0066]在第一步驟202中，處理器40獲得第一點集的坐標，所述第一點集在本文中被假定為部分36A的集合100。在平行的第一步驟204中，處理器獲得第二點集的坐標，所述第二點集在本文中被假定為部分36B的集合148。所述獲得過程通常如上面結合圖1所述，即通過系統20的操作者操縱待標測器官內導管的遠端進行。應當理解，步驟202和204中的每個測量的集合通常在不同的時間段獲得，雖然在一些實施例中兩個集合可以在一個時間段內獲得。
[0067]在表面生成步驟206中，處理器將在步驟202中獲得的點集轉化成閉合表面，基本上如結合圖2A-2C所述，從而形成表面116。在平行的表面生成步驟208中，處理器還將在步驟204中獲得的點集轉化成閉合表面，基本上如結合圖3的左側所述，從而形成表面154。
[0068]在表面生成步驟206和208中，處理器記錄需要閉合以便生成閉合表面116和閉合表面154的表面108和表面152中的任何開口。通常通過將包圍盒添加至任何存在的開口來閉合表面，如上所述。
[0069]在填充步驟210中，處理器40填充由在步驟206中生成的表面封閉的空間以形成第一體素集形式的第一體積。第一體積包括已用於閉合表面的任何包圍盒。如上面結合圖2D所述，填充由表面116封閉的空間會生成包括體素122的體積％。在平行填充步驟212中，處理器填充由在步驟208中生成的表面154封閉的空間以形成第二體素集形式的第二體積。對步驟210而言，第二體積包括用於閉合表面154的任何包圍盒。如上面結合圖3的右側所述，填充由表面154封閉的空間生成包括體素150的體積V2。
[0070]在由圖5所示的連接步驟214中，處理器根據以下方程組合兩個體積V1和V2:
[0071]V = V1UV2 (5)
[0072]其中，V是體積I和體積V2的併集。
[0073]對應於V1 U V2的體積V在本文中也稱為複合體積170。兩個體積VpV2的併集是指體積V包括僅存在於體積V1中的體素172、僅存在於體積V2中的體素174以及體積V1和體積V2共有的體素176。應當理解，共有的體素(在圖5中示為由虛線封閉的體素集)包括兩個體積的交集V1 n V2，S卩，兩個體積重疊的區域。
[0074]通常，交集V1 n V2不是體素的空集，S卩，至少一個體素存在於交集中。由於實際上基於通常具有相對較大的重疊部分的兩個表面組合兩個體積，因此交集V1 n V2還包括相對較大數量的體素。然而，本發明的實施例包括其中交集為空集，即沒有物理交集的情況。
[0075]處理器40使用根據(x，y，z)坐標限定各個體積V1和V2中的體素集的方程(2)和
(3)，以便找到併集中的體素。
[0076]圖5的上部分示出了體積被組合前的體積Vl和V2。兩個體積被示為在用於定義體積中體素位置的坐標軸的原點的不同位移H1、3i處具有任意的中心。圖5的下部分示出了被組合以形成複合體積170之後的體積，並且在該圖中，體積的兩個軸系被繪製成一致的。
[0077]在表面生成步驟216中，一旦形成兩個的體積的併集，則處理器40在閉合表面180(圖6)上生成點集，所述閉合表面覆蓋併集V1 U V2。為了生成右心房的完整表面標測圖182，在本文中也稱為表面S3，處理器將步驟206和208中記錄的任何合適的開口施加至閉合表面180上。應當理解，被施加以從閉合表面180生成表面S3的開口通常為天然開口，而非人造開口。為了生成表面，處理器可使用旋轉球算法以首先在併集V1 U V2的外部體素之間生成網格。
[0078]雖然上述說明一般涉及組合兩個表面，但是本領域的普通技術人員將能夠在不需過度實驗的情況下針對三個或更多個表面的組合調整該【具體實施方式】。因而本發明的實施例包括組合兩個或更多個表面以生成用於多個表面的完整表面。
[0079]應當理解，上述實施例僅以舉例的方式進行引用，並且本發明並不限於上文具體示出和描述的內容。相反，本發明的範圍包括上述各種特徵的組合和子組合以及它們的變型和修改形式，本領域的技術人員在閱讀上述說明時將會想到所述變型和修改形式，並且所述變型和修改形式並未公開於現有技術中。
【權利要求】
1.一種用於標測的方法，包括: 測量三維3D元件的第一部分的第一表面上的第一點集的坐標； 生成由所述第一點集封閉的第一體積； 測量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二點集的坐標； 生成由所述第二點集封閉的第二體積； 連接所述第一體積和所述第二體積以形成組合體積；以及 生成所述組合體積的第三表面上的第三點集的坐標以形成所述元件的3D表面標測圖。
2.根據權利要求1所述的方法，其中連接所述第一體積和所述第二體積包括形成所述第一體積與所述第二體積的併集。
3.根據權利要求2所述的方法，其中生成所述第三點集的所述坐標包括用所述第三表面覆蓋所述併集。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一體積和所述第二體積的交集包括非空 集。
5.根據權利要求1所述的方法，其中生成所述第一體積包括由所述第一點集形成第一表面以及填充由所述第一表面封閉的第一空間，並且其中生成所述第二體積包括由所述第二點集形成第二表面以及填充由所述第二表面封閉的第二空間。
6.根據權利要求5所述的方法，其中填充所述第一空間包括閉合所述第一表面中的至少一個第一開口以形成閉合的第一表面，並且其中填充所述第二空間包括閉合所述第二表面中的至少一個第二開口以形成閉合的第二表面。
7.根據權利要求6所述的方法，其中生成所述第三點集的所述坐標包括覆蓋所述第一體積和第二體積的併集以形成所述第三表面，以及在所述第三表面中打開所述至少一個第一開口和所述至少一個第二開口以形成所述3D表面標測圖。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述3D元件包括人類器官的至少一部分。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述器官包括心臟。
10.用於標測的設備，包括: 探針，其被配置成測量三維3D元件的第一部分的第一表面上的第一點集的坐標、以及測量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二點集的坐標；和處理器，其被配置成: 生成由所述第一點集封閉的第一體積， 生成由所述第二點集封閉的第二體積， 連接所述第一體積和第二體積以形成組合體積；以及 生成所述組合體積的第三表面上的第三點集的坐標以形成所述元件的3D表面標測圖。
11.根據權利要求10所述的設備，其中連接所述第一體積和第二體積包括形成所述第一體積與所述第二體積的併集。
12.根據權利要求11所述的設備，其中生成所述第三點集的所述坐標包括用所述第三表面覆蓋所述併集。
13.根據權利要求10所述的設備，其中所述第一體積和所述第二體積的交集包括非空集。
14.根據權利要求10所述的設備，其中生成所述第一體積包括由所述第一點集形成第一表面以及填充由所述第一表面封閉的第一空間，並且其中生成所述第二體積包括由所述第二點集形成第二表面以及填充由所述第二表面封閉的第二空間。
15.根據權利要求14所述的設備，其中填充所述第一空間包括閉合所述第一表面中的至少一個第一開口以形成閉合的第一表面，並且其中填充所述第二空間包括閉合所述第二表面中的至少一個第二開口以形成閉合的第二表面。
16.根據權利要求15所述的設備，其中生成所述第三點集的所述坐標包括覆蓋所述第一體積和第二體積的併集以形成所述第三表面，以及在所述第三表面中打開所述至少一個第一開口和所述至少一個第二開口以形成所述3D表面標測圖。
17.根據權利要求10所述的設備，其中所述3D元件包括人類器官的至少一部分。
18.根據權利要求17所述的設備，其中所述器官包括心臟。
【文檔編號】G06T17/00GK103810749SQ201310545413
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】F.馬薩瓦, I.伊蘭, T.舍梅斯 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司