组合三维表面的制作方法

组合三维表面的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于标测的方法，所述方法包括测量三维3D元件的第一部分的第一表面上的第一点集的坐标以及生成由所述第一点集封闭的第一体积。所述方法还包括测量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二点集的坐标以及生成由所述第二点集封闭的第二体积。所述方法通过如下而继续进行：连接所述第一体积和第二体积以形成组合体积，以及生成所述组合体积的第三表面上的第三点集的坐标以形成所述元件的3D表面标测图。
【专利说明】组合三维表面
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及图形显示，具体涉及组合两个或更多个三维3D表面以产生单个3D显示。
【背景技术】
[0002]虽然可通过多种程序来标测三维3D元件的表面，但是在单个标测操作中，存在许多其中在元件的不同部分上执行两种或更多种标测操作的情况。在后一种情况下，需要组合在不同操作中标测的表面以便产生所述元件的更完整的3D标测图。用于有效组合所述表面的方法将会是有利的。

【发明内容】

[0003]本发明的实施例提供了一种用于标测的方法，所述方法包括:
[0004]测量三维3D元件的第一部分的第一表面上的第一点集的坐标；
[0005]生成由所述第一点集封闭的第一体积；
[0006]测量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二点集的坐标；
[0007]生成由所述第二点集封闭的第二体积；
[0008]连接所述第一体积和第二体积以形成组合体积；以及生成所述组合体积的第三表面上的第三点集的坐标以形成所述元件的3D表面标测图。
[0009]通常，连接所述第一体积和第二体积包括形成所述第一体积与第二体积的并集。生成所述第三点集的坐标可包括用所述第三表面覆盖所述并集。
[0010]在本发明所公开的实施例中，第一体积和第二体积的交集包括非空集。
[0011]在可供选择的实施例中，生成第一体积包括由第一点集形成第一表面以及填充由所述第一表面封闭的第一空间，并且生成第二体积包括由第二点集形成第二表面以及填充由所述第二表面封闭的第二空间。通常，填充第一空间包括闭合第一表面中的至少一个第一开口以形成闭合的第一表面，并且填充第二空间包括闭合第二表面中的至少一个第二开口以形成闭合的第二表面。
[0012]在可供选择的实施例中，生成第三点集的坐标可包括覆盖第一体积和第二体积的并集以形成第三表面，以及在第三表面中打开所述至少一个第一开口和所述至少一个第二开口以形成3D表面标测图。
[0013]通常，3D元件包括人类器官的至少一部分。所述器官可包括心脏。
[0014]根据本发明的一个实施例，还提供了用于标测的设备，所述设备包括:
[0015]探针，其被配置成测量三维3D元件的第一部分的第一表面上的第一点集的坐标以及测量3D元件的第二部分的第二表面上的第二点集的坐标；和处理器，其被配置成:
[0016]生成由所述第一点集封闭的第一体积，生成由所述第二点集封闭的第二体积，连接所述第一体积和第二体积以形成组合体积；以及生成组合体积的第三表面上的第三点集的坐标以形成所述元件的3D表面标测图。[0017]结合附图，通过以下对本发明的实施例的详细说明，将更全面地理解本发明。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是根据本发明的实施例的三维3D表面组合系统的示意图；
[0019]图2A是根据本发明的实施例来源于心脏的第一右心房部分的表面的位置的测量的第一点集的示意图；
[0020]图2B是根据本发明的实施例示出了图2A的点集转化成网格的示意图；
[0021]图2C是根据本发明的实施例示出了图2B的网格转化成表面的示意图；
[0022]图2D是根据本发明的实施例由图2C的表面产生的体积的示意图；
[0023]图3是根据本发明的实施例来源于心脏的第二右心房部分的表面的位置的测量的第二点集的示意图；
[0024]图4是根据本发明的实施例示出了在连接表面中由处理器执行的步骤的流程图；
[0025]图5根据本发明的实施例示出了图4的流程图的一些步骤；并且
[0026]图6根据本发明的实施例示出了图4的流程图的另一步骤。
【具体实施方式】
[0027]
[0028]本发明的实施例提供了一种用于有效地组合三维3D表面的方法。组合的表面通常是目标的局部3D表面，诸如人体器官的至少一部分。在以下描述中，通过举例的方式假定组合的表面包括心脏的右心房的两个局部标测的表面。
[0029]为了生成第一局部标测的表面，测量右心房上的第一点集的坐标。通过填充由第一点集封闭的空间形成第一体积。相似地，为了生成第二局部标测的表面，测量右心房上的第二点集的坐标，并且通过填充由第二点集封闭的空间形成第二体积。
[0030]两个体积作为各自的体积元素或体素的集合形成。通常通过形成两个集合的并集来连接两个体积，以形成组合体积。通常，两个体积具有显著的重叠，即，两个体积的交集不是空集，使得并集中的体素的数目小于两个单独的体积中的体素数目的总和。
[0031]一旦形成组合体积，则将其用于生成第三表面的第三点集的坐标，所述第三表面覆盖组合体积。第三表面有效地组合第一表面和第二表面，并且形成目标的3D表面标测图。
[0032]通过本文所描述的方法组合表面是用于组合目标的局部表面的有效方法。在不损失精确度的情况下，与组合表面的现有技术方法(诸如将表面缝合在一起的那些)相比，该方法可更简单地执行。
[0033]对系统的描沭
[0034]现在参考图1，其为根据本发明的实施例的三维3D表面组合系统20的示意图。在本文的描述中，假定由系统20组合的表面的例子包括与人体器官相关联的表面。此外，假定3D表面组合系统20被配置成标测人体器官。然而，系统20可以必要的变更被配置成组合基本上任何3D表面。
[0035]为了简洁和清楚起见，除非另外指明，否则以下说明均假设其中系统20使用探针24对人体器官34 (本文假设包括心脏)进行测量的研究过程。[0036]通常，探针24包括导管，所述导管在系统20的用户28执行标测过程期间插入到受试者26的体内。在本文的描述中，以举例的方式假定用户28为医疗专业人员。
[0037]系统20可由系统处理器40控制，所述系统处理器包括与存储器44连通的处理单元42。处理器40通常安装在控制台46中，所述控制台包括操纵装置38，所述操纵装置通常包括专业人员28用来与处理器互动的定点装置39，例如鼠标或跟踪球。处理器40所执行的操作结果在屏幕48上提供给专业人员，该屏幕显示了心脏的三维3D标测图50。在研究心脏的同时，屏幕通常显示与心脏相关且叠加在标测图上的辅助信息的其它项目52，例如专业人员28所使用的导管的位点。
[0038]专业人员28能够利用定点装置39来改变参照系的参数，以便显示选择的取向和/或选择的放大率下的所得标测图。
[0039]屏幕48通常还为用户呈现图形用户界面。
[0040]处理器40使用存储在存储器44中的软件包括探针跟踪器模块30，以操作系统20。例如，该软件可以电子形式通过网络下载到处理器40，或者作为另外一种选择或除此之夕卜，该软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质(例如，磁存储器、光学存储器或电子存储器)上。
[0041]探针跟踪器模块30在受试者26的心脏内跟踪探针24的远端32的位置和取向。假设该位置和取向坐标被存储在标测模块56中。跟踪器模块可使用本领域中已知的用于跟踪探针的任何方法。例如，模块30可在受试者附近操作磁场发射器，使得使来自发射器的磁场与被跟踪的探针部分中的跟踪线圈相互作用。线圈与磁场相互作用会生成信号，所述信号被传输到模块，而且模块会对所述信号进行分析，以确定线圈的位置和取向。(为简洁起见，图1中未示出此类线圈和发射器。)
[0042]由Biosense Webster (Diamond Bar, CA)生产的CartO?系统使用此类跟踪方法。作为另外一种选择或除此之外，跟踪器模块30可通过测量远端上的电极与受试者26的皮肤上的电极之间的阻抗来跟踪远端32。由Biosense Webster生产的Carto3?系统采用磁场发射器以及阻抗测量两者以用于跟踪。以举例的方式，假设跟踪模块30用于在心脏34的元件36的表面的三维部分中标测。为清楚期起见，在以下的说明中，将元件36视为右心房，其被标测为第一右心房部分36A和第二右心房部分36B。
[0043]图2A是根据本发明的实施例来源于心脏34的第一右心房部分36A的表面的位置的测量的第一点集100的示意图。通常，为了制备点集100，用户28移动导管24的远端以在右心房36内的点102处接触心脏壁的不同区域。处理器40使用跟踪器模块30以评价点102的位置坐标，在本文中也称为位置102。假设相对于(x，y，z)轴的正交集测量位置坐标。由于位置坐标通常会由于心脏跳动而改变，因此处理器还对位置坐标进行门控，即在心脏跳动的预定时间点在心脏壁上识别给定点102的位置。假设每个位置102位于对应体积元素或体素(图中未示出)的中心。
[0044]图2B是根据本发明的实施例示出了点集100转化成网格的示意图。如图2B所示，处理器40使用标测模块56初始连接位置102作为线段106的网格104，尽管并不一定，但网格通常为三角形网格。在一个实施例中，处理器40使用旋转球算法(BPA)来制备网格104。通常，如果使用BPA，则将球的尺寸设定为对应上述体素的尺寸。在可供选择的实施例中，网格104可作为狄洛尼(Delaunay)三角网格产生，包括多个具有对应于点102的顶点的三角形。三角网格的三角形可基于围绕点102形成的VOTonoi图。然而，处理器40可使用本领域中已知的形成网格104的任何方便的方法。
[0045]图2C是根据本发明的实施例示出了网格104转化成表面的示意图。在制备网格104之后，处理器40生成连接点102和线段106的基本光滑的表面108。为了生成表面，处理器通常使用内推法和/或外推法。此外，为了确保表面108是基本光滑的，处理器可调节表面以便接近(但并不一定包括)一些点102和/或线段106。以举例的方式，表面108具有画在表面上的等闻线110，112，114。
[0046]在生成表面108之后，处理器检查表面是否闭合，即，表面是否与诸如球面的闭合表面是拓扑等价的。通常，表面108不是闭合的，其具有一个或多个开口。表面108中的开口可以是器官中天然存在的那些，例如，右心房的上腔静脉或下腔静脉。在本文中，此类开口称为天然开口。另外，在表面108中可能存在开口，在本文中称为人造开口，因为器官未被完全标测。
[0047]如果表面108不是闭合的，则处理器通过添加另外的表面元件来闭合所述表面直到表面闭合。由闭合表面108制备的表面本文称为闭合表面116。在一个实施例中,通过添加围绕开口的取向包围盒闭合开口，所述包围盒具有最小体积。然后将包围盒视作表面的一部分。
[0048]假设表面116具有定义方程:
[0049]S1 (X, y, z) =0 (I)
[0050]其中S1为函数。
[0051]在本文的说明中，表面116也被称为表面S:。
[0052]图2D是根据本发明的实施例由表面116形成的体积的示意图。通过使用表面116，处理器40形成体积120，所述体积包括填充由表面封闭的空间的体素122。
[0053]可根据表达式(2)定义体积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)为中心的体素122，并且V1是由体素122形成的体积。
[0056]体积120在本文中也称为体积
[0057]图3是根据本发明的实施例来源于心脏34的第二右心房部分36B的表面的位置的测量的点150的第二点集148的示意图。图3还示出了第二体积156，其基本上以如上面针对体积V1所述的方式由点150制备。从而，形成网格以连接点150，并且表面152由网格形成。闭合表面154由表面152生成,必要时闭合表面152以便表面与球体表面是拓扑等价的。填充由闭合表面154封闭的空间，所述闭合表面具有等高线158和160。假设所述闭合表面具有定义方程:
[0058]S2 (X，y, z) =0 (3)
[0059]其中S2为函数。
[0060]表面154在本文中也称为表面S2。
[0061]根据用于体积156的表达式方程(3)，填充由表面S2封闭的空间的体积由下式给定:
[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)为中心的体素162，并且V2是由体素162形成的体积。
[0064]体积156在本文中也称为体积V2。
[0065]图4是根据本发明的实施例示出了在连接表面中由处理器40执行的步骤的流程图，并且图5和图6根据本发明的实施例示出了一些步骤。为清楚起见，步骤的说明假设连接对应于右心房的部分36A的表面108和对应于右心房的部分36B的表面152以形成右心房的完整的表面标测图182。
[0066]在第一步骤202中，处理器40获得第一点集的坐标，所述第一点集在本文中被假定为部分36A的集合100。在平行的第一步骤204中，处理器获得第二点集的坐标，所述第二点集在本文中被假定为部分36B的集合148。所述获得过程通常如上面结合图1所述，即通过系统20的操作者操纵待标测器官内导管的远端进行。应当理解，步骤202和204中的每个测量的集合通常在不同的时间段获得，虽然在一些实施例中两个集合可以在一个时间段内获得。
[0067]在表面生成步骤206中，处理器将在步骤202中获得的点集转化成闭合表面，基本上如结合图2A-2C所述，从而形成表面116。在平行的表面生成步骤208中，处理器还将在步骤204中获得的点集转化成闭合表面，基本上如结合图3的左侧所述，从而形成表面154。
[0068]在表面生成步骤206和208中，处理器记录需要闭合以便生成闭合表面116和闭合表面154的表面108和表面152中的任何开口。通常通过将包围盒添加至任何存在的开口来闭合表面，如上所述。
[0069]在填充步骤210中，处理器40填充由在步骤206中生成的表面封闭的空间以形成第一体素集形式的第一体积。第一体积包括已用于闭合表面的任何包围盒。如上面结合图2D所述，填充由表面116封闭的空间会生成包括体素122的体积％。在平行填充步骤212中，处理器填充由在步骤208中生成的表面154封闭的空间以形成第二体素集形式的第二体积。对步骤210而言，第二体积包括用于闭合表面154的任何包围盒。如上面结合图3的右侧所述，填充由表面154封闭的空间生成包括体素150的体积V2。
[0070]在由图5所示的连接步骤214中，处理器根据以下方程组合两个体积V1和V2:
[0071]V = V1UV2 (5)
[0072]其中，V是体积I和体积V2的并集。
[0073]对应于V1 U V2的体积V在本文中也称为复合体积170。两个体积VpV2的并集是指体积V包括仅存在于体积V1中的体素172、仅存在于体积V2中的体素174以及体积V1和体积V2共有的体素176。应当理解，共有的体素(在图5中示为由虚线封闭的体素集)包括两个体积的交集V1 n V2，S卩，两个体积重叠的区域。
[0074]通常，交集V1 n V2不是体素的空集，S卩，至少一个体素存在于交集中。由于实际上基于通常具有相对较大的重叠部分的两个表面组合两个体积，因此交集V1 n V2还包括相对较大数量的体素。然而，本发明的实施例包括其中交集为空集，即没有物理交集的情况。
[0075]处理器40使用根据(x，y，z)坐标限定各个体积V1和V2中的体素集的方程(2)和
(3)，以便找到并集中的体素。
[0076]图5的上部分示出了体积被组合前的体积Vl和V2。两个体积被示为在用于定义体积中体素位置的坐标轴的原点的不同位移H1、3i处具有任意的中心。图5的下部分示出了被组合以形成复合体积170之后的体积，并且在该图中，体积的两个轴系被绘制成一致的。
[0077]在表面生成步骤216中，一旦形成两个的体积的并集，则处理器40在闭合表面180(图6)上生成点集，所述闭合表面覆盖并集V1 U V2。为了生成右心房的完整表面标测图182，在本文中也称为表面S3，处理器将步骤206和208中记录的任何合适的开口施加至闭合表面180上。应当理解，被施加以从闭合表面180生成表面S3的开口通常为天然开口，而非人造开口。为了生成表面，处理器可使用旋转球算法以首先在并集V1 U V2的外部体素之间生成网格。
[0078]虽然上述说明一般涉及组合两个表面，但是本领域的普通技术人员将能够在不需过度实验的情况下针对三个或更多个表面的组合调整该【具体实施方式】。因而本发明的实施例包括组合两个或更多个表面以生成用于多个表面的完整表面。
[0079]应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，并且本发明并不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改形式，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改形式，并且所述变型和修改形式并未公开于现有技术中。
【权利要求】
1.一种用于标测的方法，包括: 测量三维3D元件的第一部分的第一表面上的第一点集的坐标； 生成由所述第一点集封闭的第一体积； 测量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二点集的坐标； 生成由所述第二点集封闭的第二体积； 连接所述第一体积和所述第二体积以形成组合体积；以及 生成所述组合体积的第三表面上的第三点集的坐标以形成所述元件的3D表面标测图。
2.根据权利要求1所述的方法，其中连接所述第一体积和所述第二体积包括形成所述第一体积与所述第二体积的并集。
3.根据权利要求2所述的方法，其中生成所述第三点集的所述坐标包括用所述第三表面覆盖所述并集。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一体积和所述第二体积的交集包括非空 集。
5.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述第一体积包括由所述第一点集形成第一表面以及填充由所述第一表面封闭的第一空间，并且其中生成所述第二体积包括由所述第二点集形成第二表面以及填充由所述第二表面封闭的第二空间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中填充所述第一空间包括闭合所述第一表面中的至少一个第一开口以形成闭合的第一表面，并且其中填充所述第二空间包括闭合所述第二表面中的至少一个第二开口以形成闭合的第二表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中生成所述第三点集的所述坐标包括覆盖所述第一体积和第二体积的并集以形成所述第三表面，以及在所述第三表面中打开所述至少一个第一开口和所述至少一个第二开口以形成所述3D表面标测图。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述3D元件包括人类器官的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述器官包括心脏。
10.用于标测的设备，包括: 探针，其被配置成测量三维3D元件的第一部分的第一表面上的第一点集的坐标、以及测量所述3D元件的第二部分的第二表面上的第二点集的坐标；和处理器，其被配置成: 生成由所述第一点集封闭的第一体积， 生成由所述第二点集封闭的第二体积， 连接所述第一体积和第二体积以形成组合体积；以及 生成所述组合体积的第三表面上的第三点集的坐标以形成所述元件的3D表面标测图。
11.根据权利要求10所述的设备，其中连接所述第一体积和第二体积包括形成所述第一体积与所述第二体积的并集。
12.根据权利要求11所述的设备，其中生成所述第三点集的所述坐标包括用所述第三表面覆盖所述并集。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一体积和所述第二体积的交集包括非空集。
14.根据权利要求10所述的设备，其中生成所述第一体积包括由所述第一点集形成第一表面以及填充由所述第一表面封闭的第一空间，并且其中生成所述第二体积包括由所述第二点集形成第二表面以及填充由所述第二表面封闭的第二空间。
15.根据权利要求14所述的设备，其中填充所述第一空间包括闭合所述第一表面中的至少一个第一开口以形成闭合的第一表面，并且其中填充所述第二空间包括闭合所述第二表面中的至少一个第二开口以形成闭合的第二表面。
16.根据权利要求15所述的设备，其中生成所述第三点集的所述坐标包括覆盖所述第一体积和第二体积的并集以形成所述第三表面，以及在所述第三表面中打开所述至少一个第一开口和所述至少一个第二开口以形成所述3D表面标测图。
17.根据权利要求10所述的设备，其中所述3D元件包括人类器官的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述器官包括心脏。
【文档编号】G06T17/00GK103810749SQ201310545413
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】F.马萨瓦, I.伊兰, T.舍梅斯 申请人:韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司