使用多表面模型的解剖体复杂几何结构建模的系统和方法

专利名称：使用多表面模型的解剖体复杂几何结构建模的系统和方法
技术领域：
0003本发明涉及复杂解剖体几何结构成像，以及关于解剖体上的特 定点的测量信息的呈现。更具体的，本发明涉及产生人体解剖体的复杂模型。
背景技术：
0004本发明涉及人体解剖体，例如包括人体心脏的几何结构模型的产生。
0005精确的解剖体建模系统的设计面临着如何真实表示限制数据点 云的特定解剖体表面的挑战。目前已经有多种不同的方法来解决这个难题。 一个例子被称作"视线(line-of-sight)"建模，其使用中心参考点并基于 视线方法对所述解剖体区域建立模型。就是说，在模型上的所有点从中心参 考点(例如，平均中心参考点)是"可见的"。
0006然而，如果存在超出视线的解剖体部分，那么所得的模型将可 能不精确。对于用于对心脏建模的传统建模系统也是这样。
0007当所产生的模型将要同电生理学测量点相结合使用和/或用于 处理时，精确建模尤其重要。0008因此，需要提供用于解剖体的内部形状(例如包括，心脏的内 部腔室)的改进建模。

发明内容
0009本发明通过使用多种几何结构且然后将所述几何结构结合来提 供心脏的更精确的建模，克服了与传统的视线表面建模方法和系统相关的缺 点，这提高了医师为患者递送有效处理的能力。
0010根据本发明的一个实施例，提供了一种产生解剖体的表面模型 的方法，包括以下步骤获取限定所述解剖体的第一部分的第一多个位置点， 所述第 一多个位置点具有第 一平均中心点，从所述第 一平均中心点可以画出 到所述第一多个位置点的每个位置点的视线；使用所述第一多个位置点产生 所述解剖体的第一部分的第一三维表面模型；获取限定解剖体的第二部分的 第二多个位置点，其中所述第二多个位置点具有第二平均中心点，从所述第 二平均中心点可以画出到所述第二多个位置点的每个位置点的视线。所述解 剖体的第二部分包括至少所述解剖体的这样的区域，该区域不包括在解剖体 的第一部分中，并且，所述第二多个位置点的至少一个位置点不在所述第一 平均中心点的视线中。所述方法还包括使用所述第二多个位置点产生所述解 剖体的第二部分的第二三维表面模型，并将所述第一三维表面模型同所述第 二三维表面模型结合，以产生用于所述解剖体的第一和第二部分的复合三维 表面模型。用于对所述解剖体的第一和第二部分建模的多边形可以是被多个 边缘限定的三角形。可选的，所述第一三维表面模型与所述第二三维表面模 型不相交。
0011可选地，所述产生第一三维表面模型的过程可以包括使用所述 第一多个位置点产生所述解剖体的所述第一部分的第一三维表面模型。所述 第一三维表面模型包括多个多边形，并且，所述产生第二三维表面模型的过 程包括使用所述第二多个位置点产生所述解剖体的所述第二部分的第二三 维表面模型。所述第二三维表面模型包括多个多边形。
0012可选地，所述结合过程可以包括识别完全位于所述解剖体的 所述第二部分的体外的所述第一三维表面模型的多个多边形；识别完全位于
所述解剖体的所述第一部分的体外的所述第二三维表面模型的多个多边形； 以及限定复合三维表面模型，所述复合三维表面模型包括完全位于所述解剖 体的所述第二部分的所述体外的多个所识别的多边形和完全位于所述解剖体的所述第 一部分的所述体外的多个所识别的多边形。可选的，所述多边形 由多个边缘所限定，并且，对于与所述第二三维表面才莫型的多边形相交的所 述第一三维表面模型的每个多边形，所述方法包括以下步骤沿着相交线裁 切，以便去除在所述第 一和第二三维表面模型的其中 一个的内部的所述相交 多面体的部分，从而产生多个裁切边缘；限定新的多面体，该新的多面体使 用相交多面体的至少 一个顶点作为顶点并且使用裁切边缘与相交线相交的
点作为另外的顶点，所述新的多面体限定相交表面区域；并且，通过增加限
定所述相交表面区域的新的多面体，补充所述复合三维模型。
0013作为附加的选择，本方法还可以包括产生用于所述新的多面体 的拓朴信息的步骤。本方法还可以包括如下步骤从测量点P将线投影至所 述第 一平均中心点和所述第二平均中心点中的 一个；并确定在所投影的线与
所述复合三维模型相交的所述复合三维模型的表面上的点Pl;以及将来自所 述测量点P的测量信息同在所述复合三维模型的表面上的所述点Pl关联。
0014作为又一个附加的选择，本方法还可以包括或可选地包括如下 步骤确定在所述复合三维模型的所述表面上最接近测量点P的点P2;以及 将来自所述测量点P的测量信息同在所述复合三维模型的表面上的所述点 P2关联。
0015本方法还可以包括或可选地包括如下步骤识别完全位于所述 解剖体的所述第二部分的体外的所述第一三维表面模型的多个三角形；识别 完全位于所述解剖体的所述第一部分的体外的所述第二三维表面模型的多 个三角形；对于与所述第二三维表面模型的三角形相交的所述第一三维表面 模型的每个三角形，沿着相交线裁切，以便去除在所述第一和第二三维表面 模型之一的内部的三角形的部分，从而产生多个裁切边缘；以及限定用于限 定相交表面区域的新的三角形，每个新的三角形使用相交三角形的顶点作为 第 一顶点，并且使用 一个或多个相交三角形的裁切边缘与相交线相交的点作 为第二和第三顶点；以及限定复合三维表面模型，所述复合三维表面模型包 括a)完全位于所述第二部分的所述体外的多个所识别的三角形；b)完 全位于所述第一部分的所述体外的所述多个所识别的三角形；以及c)限定 所述相交表面区域的所述新的三角形。
0016本发明的实施例可选地考虑获取心的电生理学图，所述电生 理学图包括识别多个测量位置的位置信息和在所述多个测量位置的每一个 所实现的电生理学测量；识别在所述复合三维表面模型中的接近所述测量位置的位置点，用于所识别的多个测量位置；以及基于在所识别的位置点和所 述测量位置之间的接近程度，分配用于测量位置的至少一个电生理学水平至 复合三维表面模型中所识别的位置点。
0017可选地，本方法包括下面的步骤在所述心脏的部分中插入测 量电极；沿着所述心脏的表面在多个位置放置所述测量电极；沿着所述心脏 表面接收对于所述多个位置的每一个的位置信息；记录在沿着所述心脏表面 的所述多个位置的每个的电活动；从测量点将线投影至所述第一平均中心点 和所述第二平均中心点中的一个；确定所投影的线与所述复合三维表面模型 相交处的所述复合三维表面模型的表面上的点；以及将所记录的电活动与所 投影的线与所述复合三维表面模型相交处的所述复合三维表面模型的表面 上的点相关联。
0018根据本发明的另 一个实施例，提供了 一种产生解剖体的三维模 型的方法，包括以下步骤获取解剖体的第一部分的第一三维模型，所述第 一三维模型包括所述解剖体的所述第一部分中的多个位置点的位置信息；获
取解剖体的第二部分的第二三维模型，所述第二三维模型包括所述解剖体的 所述第二部分中的多个位置点的位置信息。所述解剖体的所述第一和第二部 分的至少一个包括所述解剖体的至少一个这样的区域，所述区域不包括在所 述解剖体的所述第一和所述第二部分的另一个中；并且所述第一三维模型和 所述第二三维模型的至少一个是满足下面条件的视线几何结构所述三维模 型的每个部分从所述三维模型的平均中心点是可见的。然后将所述三维模型 结合以产生对于所述解剖体的所述第一和第二部分的复合几何结构模型，其 具有平均中心点并且至少一部分不在从所述平均中心点看去的视线中。
0019可选的，根据本发明的方法，所述获取第一三维模型的步骤包 括在解剖体的第一部分中插入电极；沿着所述解剖体的所述第一部分的表 面在多个位置点放置所述电极；接收沿着所述解剖体的所述第一部分的所述 表面的所述多个位置点的每个的位置信息；以及产生所述解剖体的所述第一
部分的第一三维^t型，其包括在所述解剖体的所述第一部分中的多个位置点 中的每个的位置信息。
0020可选的，所述获取第二三维模型的步骤包括接收数据文件， 所述数据文件包括沿着所述解剖体的所述第二部分的表面的多个位置点的 每个的位置信息；以及产生所述解剖体的所述第二部分的第二三维模型，其 包括来自数据文件的在所述解剖体的所述第二部分中的多个位置点的每个
ii的位置信息。
0021可选的，所述第一和第二三维模型还包括使用多个三角形小面 被格式化以识别三维空间的信息，并且，其中将所述第一三维模型同所述第
二三维模型结合的步骤包括画出多个三角形以将所述第一三维模型连接至 所述第二三维模型；以及产生表示所述第一三维模型、第二三维模型和所述 多个三角形结合的数据，所述多个三角形被画出用于将所述第一三维模型连 接至所述第二三维模型。
0022可替代的，所述结合的步骤可以包括识别完全位于所述第二 三维模型的体外的所述第一三维模型的多个三角形；识别完全位于所述第一 三维模型的体外的所述第二三维模型的多个三角形；对于与所述第二三维模 型的三角形相交的所述第一三维模型的每个三角形，沿着相交线裁切所述三 角形的边缘，以便去除在所述第 一和第二三维模型之一的内部的所述三角形 的部分，从而产生多个裁切边缘；限定新的三角形，该新的三角形使用相交 三角形的至少 一个顶点作为顶点，并且使用裁切边缘与相交线相交的点作为 另外的顶点，所述新的三角形限定相交表面区域；以及限定对于所述解剖体 的所述第一和第二部分的复合几何结构模型，所述复合几何结构模型包括 a)完全位于所述第二三维模型的所述体外的多个所识别的三角形；b)完全 位于所述第一三维模型的所述体外的多个所识别的三角形；以及c)限定所 述相交表面区域的所述新的三角形。在本实施例中，所述复合几何结构模型 具有平均中心点，所述复合几何结构模型的至少一部分不在从所述平均中心 点的视线中。
0023除了上述方法，本发明提供一种用于将复杂的心的几何结构呈 现给医师的系统，包括建模处理器，用于产生心脏的第一部分的第一三维模 型和心脏的第二部分的第二三维模型，其中所述第一三维模型包括心脏的所 述第一部分中的多个位置点的位置信息，所述第二三维模型包括所述心脏的 第二部分中的多个位置点的位置信息。所述心脏的第二部分包括心脏的至少 一个这样的区域，所述区域不包括在心脏的第一部分中。所述系统还包括几 何结构处理器，用于将所述第一三维模型同所述第二三维模型结合以产生对 于所述心脏的第一部分和第二部分的结合的几何结构模型。所述结合的几何 结构模型的表面上的至少一点不在所述结合的几何结构模型的平均中心点 的视线中。
0024可选的，所述建模处理器还包括显示设备，用于呈现对于所述心脏的所述第一和第二部分的所述结合的几何结构模型。此外，所述建模处
理器还可以包括导管，在所述导管的远端具有电极；以及定位系统，用于 确定所述电极的位置。
0025所述第一和第二三维模型可以包括多个三角形。所述几何结构 处理器增加多个三角形用于将所述第一三维模型连接至所述第二三维模型 并产生表示所述第一三维模型、第二三维模型和加入以用于连接所述两个三 维模型的所述多个三角形的结合的数据。
0026可选的，所述三维模型可以包括被边缘所限定的多个三角形， 其中来自所述第 一三维模型的至少 一个三角形沿着相交线与来自所述第二 三维模型的至少一个三角形相交。然后所述几何结构处理器产生结合的几何 结构模型，包括a)完全位于所述第二三维模型的体外的来自所述第一三 维模型的第一多个三角形；b)完全位于所述第一三维模型的体外的来自所 述第二三维模型的第二多个三角形；c)具有三个顶点的至少一个过渡三角 形(transition triangle ):第一顶点，所述第一顶点同所述第一和第二三 维模型的一个的与来自所述第 一和第二三维模型的另 一个的三角形相交的 三角形共用；第二顶点，所述第二顶点由来自所述第一三维模型的三角形的 边缘同所述第二三维模型相交的点限定；以及第三顶点，所述第三顶点由来 自所述第二三维模型的三角形的边缘同所述第 一三维才莫型相交的点限定。所 述结合的几何结构模型具有平均中心点，所述结合的几何结构模型的至少一 部分不在从所述平均中心点的—见线中。
0027通过阅读下面的描述和权利要求并参考附图，本发明的前述的 以及其他方面、特征、细节、使用和优点将变得清楚。


0 02 8图1是用于执行心的电生理学检查或消融过程的系统的示意图， 在上述过程中可以确定和记录一个或多个电极的位置。0029图2是位置数据点的云的示意性表示。0030图3是用于对点的云分级的示例性方法的示意图。0031图4是用于利用视线方法构造解剖体表面的示例性方法的示意图。
0032图5是具有不在所述平均中心点的视线内的部分的示例性复杂 表面的示意图。
10033图6是与诸如图5中的复杂表面建模相关的示例性问题的示意 性表示。
0034图7是说明示例性复杂表面可以如何被分成多个视线几何结构 的示意性表示。
0035图8是图7的多个视线几何结构被使用布尔函数合并后的示例 性复杂表面的示意性表示。
0036图9是强调图7的多个视线几何结构之间相交的示例性复杂表 面的示意性表示。
0037图IO是在图9中所识别的相交线的分解图。
0038图11是详细描述如何产生新的多边形以帮助沿着在图9中所 识别的所述多个几何结构之间的相交线来限定所述表面的分解图。
0039图12示出关于测量点的信息如何可以被投影到复合几何结构上。
具体实施例方式
0040本发明改进系统的能力以产生解剖体的精确模型，尤其是解 剖体内部表面的精确模型。本发明提供用于将复杂的'"、的几何结构呈现给 医师的系统和方法，优选地，包括建模处理器，用于产生心脏的第一部分 的第一三维模型和心脏的第二部分的第二三维模型，其中所述第一三维模 型包括在心脏的所述第一部分中的多个位置点的位置信息，所述第二三维 模型包括在所述心脏的所述第二部分中的多个位置点的位置信息。心脏的 所述第二部分包括心脏的至少 一 个这样的区域，该区域不包括在心脏的所 述第一部分中。本方法和系统优选还包括几何结构处理器，用于将所述第 一三维模型同所述第二三维模型结合以产生对于心脏的所述第一和第二 部分的结合的几何结构模型。所述结合的几何结构模型可以包括在其表面 上的至少 一 个这样的点，该点不在结合的几何结构模型的平均中心点的视 线中。
0041本发明不限于产生心脏的精确模型，但为了说明的目的，在 此通常以用于评估和处理心的组织的导^t和定位系统作为参考。本文所描
明的目的，现在将描述建模患者心脏的室的技术。
0042图1示出了根据本发明的定位系统8的示意图，其优选地包括建模处理器和几何结构处理器作为计算机系统20的一部分，用于通过 导航心的导管和测量发生在患者11的心脏10中的电活动并将电活动和/ 或与电活动相关或表示该电活动的信息进行三维映射，来进行心脏电生理 学研究。系统8可以使用一个或多个电极用于帮助产生解剖体模型。系统
8也可以用于沿着心的表面在多个点测量电生理学数据，并存储与测量电
生理学数据的每个测量点的位置信息相关的所测量的数据。
0043为了筒化，患者11被示意性的描述为椭圓形。示出了沿着X 轴、Y轴、Z轴应用于患者11表面的三组表面电极(例如，片电极)。X 轴表面电极12、 14沿着第一轴应用于患者，例如患者胸部区域的外侧(例 如，应用于患者每个臂下的皮肤)，并且X轴表面电极12、 14可以被称为 左和右电极。Y轴电极18、 19沿着大体垂直于X轴的第二轴应用于患者， 例如沿着患者的大腿内侧和颈部区域，Y轴电极18、 19可以被称为左J逸和 颈部电极。Z轴电极16、 22沿着大体垂直于X轴和Y轴的第三轴应用于患 者，例如在胸部区^/沿着患者胸骨和脊柱，并且Z轴电才及16、 22可以#皮 称为胸部和背部电才及。心脏IO位于这些对表面电极之间。附加的表面参 考电极21 (例如，"腹部片"(belly patch))为系统8提供参考和/或接 地电极。所述腹部片电极21是对于固定的心内电极31的替代。此外，还 应该理解，患者11将具有大部分或者全部的传统的心电图(ECG)系统导联 到位。尽管图l中没有示出，但该ECG信息可用于系统8。
0044还示出了具有至少一个电极17 (例如，远端电极)的代表性 导管13。在本说明书中，该代表性的导管电极17可被称为"巡回(roving) 电极"或"测量电极"。典型的，将使用导管13上，或多个这种导管上的 多个电极。例如在一个实施例中，系统8可以包括在多达12个导管上的 多达64个电极，其中所述导管布置在患者的心脏和/或脉管系统中。当然， 该实施例仅仅是示例，在本发明的范围内可以使用任何数目的电极和导 管。
0045在第二导管29上还示出可选的固定的参考电极31 (例如， 附至心脏10的壁)。为了校准目的，该电极31可以是静止的(例如，附 至或靠近心脏的壁)或布置为与巡回电极17成固定的空间关系。固定的 参考电极31可以作为上述表面参考电极21的附加或替代使用。在多种 情况下，在心脏10中的冠状"t争脉窦电才及或其它固定电4及可以用作测量电 压和位移的参考。0046每个表面电极耦合至多路开关24并且通过运行在计算机20 上的软件选取所述多对电极，其中所述多路开关24将电极耦合至信号发 生器25。例如，计算机20可以包括传统的通用计算机、专用计算机、分 布式计算机或其他任意类型的计算机。计算机20可以包括一个或多个处 理器，例如单个中央处理单元，或多个处理单元，通常被称为并行处理环 境。通常，为了实现在生物导体中的导管的导航，通过一系列被驱动的和 感应的电偶极子产生三个额定的正交电场。可替代地，这些正交场可以被 分解并且可以驱动任意对表面电极作为偶极子以提供有效的电极的三角 剖分。此外，这种非正交方法增加了系统的灵活性。对于任一期望轴，将 由预定的一套驱动(源-汇点)配置得到的在心内电极17上测得的电势代 数合成以产生与沿着正交轴简单驱动均匀电流所获得的有效电势相同的 有效电势。
0047因此，表面电极12、 14、 16、 18、 19、 22中的任意两个可 以相对于诸如腹部片21的接地参考被选为偶极子源4及和漏极，而未激发 的电极相对于接地参考测量电压。放置在心脏IO内的测量电极17暴露于 来自电流脉冲的所述场并且相对于地(例如，腹部片21)被测量。实际上， 心脏中的导管可以包括多个电极并且每个电极电势可以:故测量。如前所 述，至少一个电极可以固定至心脏的内表面以形成固定的参考电极31，其 也相对于地被测量。来自表面电极、内部电极、和虚拟电极的每个的数据 集均被用于确定心脏IO内的测量电极17或其他电极的位置。本领域的技 术人员容易理解，测量电极17也可以用于测量电生理学数据，并且系统8 可以用于存储与测量电生理学数据处的测量点的位置信息相关的电生理 学数据。
0048建模处理器和几何结构处理器可以包括本领域技术人员所知 的任意硬件和软件选择的结合。例如，在优选的实施例中，建模处理器包 括定位/映射系统，例如St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc的EnSite NavXTM导航和可视化系统。然而，其他定位系统可以与本发 明结合4吏用，例如包4舌，Biosense Webster, Inc的CARTO导4元和定位系 统。在下面的专利中描述的定位和映射系统(其中所有内容通过引用包含 在本文中)可以结合本发明使用美国专利号6990370、 6978168、 694778、 6939309、 6728562 、 6640119、 5983126和5697377。几何结构处理器类似 的包括本领域普通技术人员已知的任何硬件和软件选择的结合。例如，在优选的实施例中，几何结构处理器是软件解决方案，设计用于同由建模处 理器产生的信息相互作用以提供结合的几何结构模型。
0049为了产生数据点的云，可以在患者心脏的室中随机、伪随机 或根据一个或多个预定模式移动一个或多个心内电极17,而系统8测量一 个或多个电极17的位置，以通过提供对云50的每个数据点40的位置数 据进行识别的位置数据产生数据点40的云50。图2解释说明可以使用这 种寺支术产生的点40的云50的例子。通常，在云50中的最外^:据点40将 对应于这样的心脏室的内壁，该心脏室在放松或舒张状态对应于最大的体 积。
0050
一种将表面与点40的云50匹配的技术假设整个表面是从参 考点"可见的"，例如，如图3所示。当从参考点观察时，所述表面被描 述为在"视线"中。就是说，可以从参考点画出直线42至表面上的任意 点而不需传递到由点40的云50所限定的边界外。选择用于视线表面匹配 的参考点的一种通用方法是确定点40的云50的平均中心点45。可以使用 已知的算法确定平均中心点45，这些算法包括但不限于那些用于确定点 40的云50的质心的算法。然后，通过A^平均中心点45向外增加径向切片 的方式产生表面模型，如图3与4所示。如图3中所示，外壳或表面可以 通过在位置数据点40的组48周围匹配径向"格(bins)" 44的阵列，从 该位置数据提供。如图4中所示，格44基于在数据点40的云50中的平 均中心点45并且随后从中心点45向外径向延伸边界构造。格44延伸至 被格44包围的切片中的最远数据点40。值得注意的是，即使图3示意性 的以两维方式表示，但格44可以是三维体。因此，才各44的径向端面46 接近心脏室壁的表面。然后，可以釆用通常的几何平滑算法用于"平滑" 外壳的表面，从而产生格44的径向端面46。
0051最后，体的表面被限定为离散表示。优选地，所述离散表示 包括多边形，更优选地，所述离散表示包括三角形平的"小面"，其共享 共同的角(顶点)并维持关于他们与其他小面相邻的"拓朴"信息。已 知使用三角形小面对表面建模的多种技术，例如包括德洛内(Delaunay) 三角剖分方法。
0052如上所讨论的，该表面产生方法假设整个表面是在平均中心 点45的视线中。然而，当对人体的解剖体结构建模时，该假设并非总能 满足。因此，该技术不能产生例如如图5中所示的形状的精确表示。复杂
17表面100的整个表面从平均中心点45不是"可见的"。实际上，复杂表面
100具有从平均中心点45不"可见的，，三个隐藏区域110。本领域普通^支 术人员应该理解，对于诸如复杂表面100的表面，不论用于对表面建模的 参考点放置在何处，都将会有隐藏区域。如果尝试对隐藏区域进行补偿， 所得结果将是不精确的建模，如图6中所示，其中，由于视线模型中缺乏 灵活性而包括了错误体120。
0053本发明提供解决方案用于通过多次使用上述的表面建模技术 来得出更精确的真实表面形状的表示，其中每次使用位于被建模的解剖体 结构的不同区域的点云的一部分。例如，复杂表面100可以被分成至少三 个单独的几何结构，可以使用上面讨论的所述的视线方法对每个几何结构 精确建模。然后将单独的几何结构结合，而所得结果即为克服视线限制的 精确表面模型。
0054所述分割技术在图7中示出，其中将复杂表面100分成4个 视线表面，即表面Sl, S2， S3和S4 (其具有各自的平均中心点Cl， C2， C3和C4)。如图8中示例性表示的，单独表面的体一皮合并或结合成复合体， 表面的内部部分130从几何结构有效的移除，使得剩余的数据点限定复杂 表面140。
0055将单独产生的表面结合成一个复合体的一种实现方式是通过 在被所述表面包围的体上执行布尔或(Boolean OR)运算并保持界定该体 的原始表面部分。例如，几何结构的布尔算子在多种软件库中可以得到， 包括但不限于通过Technion可用的IRIT库。当包括多于两个表面时，布 尔运算是以一对的方式来执行的，每个运算的结果被用作下一个布尔运算 的输入之一。
0056将多个体结合的挑战是确定限定两个体的相交部分的点。图 9-12示出了本发明解决该挑战的一种方法。更具体地，多个视线表面S1， S2, S3和S4合并成复合表面140。
0057在每个体的表面被限定成离散表示(包括共享共同的角(顶 点)的三角形平的"小面，，和关于相邻小面的拓朴信息)的情况下，结合 过程这样开始通过识别完全位于其他表面所包围的体之外的那些来自每 个表面的小面并保持所识别的小面在所得的复合表面中。其还识别与来自 其他表面的一个或多个小面相交的那些小面。这些小面被沿着相交线裁 切，所述相交线为形成在三角形小面彼此相交处的线。位于被其他表面所包围的体外的所得的小面片段被三角剖分并保持在所得的结合表面中。作 为最终步骤，产生从裁切中得到的新的小面的拓朴信息，如图11所示。
0058图10示出了在被结合之前从两个表面Sl和S4的图9的150
处采用的分解的离散表示。图10示出了来自两个不同表示的三角剖分的 小面可以如何相交，并且还示出了如何限定新数据点以限定相交部分。表 面Sl (其具有平均中心点Cl)通过由绿线画出的三角剖分的小面限定， 而表面S4 (与视线平均中心点C4相关)被用红线画出的三角剖分的小面 限定。实绿线的相交部分限定对于表面Sl的原始顶点152,而实红线的相 交部分限定表面S4的原始顶点154。在图10中，虚线表示被认为是其他 体内部的或与其它体重叠的三角形小面的部分。换句话说，被实线(红和 绿)限定的三角形小面和三角形小面的部分限定外部或非重叠的离散表 面。
0059在图11中，基于内部多边形已经被裁切的假设，复合体的 内部的原始小面156的部分被移除。实线(红或绿)与裁切线相交的点被 认为限定新的顶点，从而产生新的三角形小面158。图11中所示的虚线(红 或绿)与图10中所示的虛线相比具有不同的意义。在图11中，虚线表示 新限定的边160,其包括有助于限定表面Sl同表面S4的相交部分162的 三角形小面。
0060可以编程计算机过程以实现合并的步骤，以及复合模型产生 的步骤。计算机过程优选用于沿着相交线裁切多面体的部分，并且类似的， 用于限定三角形小面的顶点，所述三角形小面将沿着相交线限定所述表 面。
0061当与云50中的点40初始相关的电生理学数据映射到复合表 面时，认识到为相交部分162限定新数据点的挑战。对于随后执行在复合 表面上的操作，诸如寻找表面上的点之间的最短路径和距离，产生表面的 自由形式剪切块，在表面上适当的插入映射数据，以及产生用于数据图的 标准轮廓，维持正确的表面拓朴尤显重要。已知在靠近合并表面的相交部 分的数据点处所采用的测量将可能与新限定的顶点不匹配，该新限定的顶 点限定用于限定靠近相交部分的表面的新限定的三角形小面。因此，原始 的测量点必须被投影到合适的表面上或表面点上，并且在实际使用中，必 须将诸如标签或解剖体标记的项投影到复合表面上。
0062本发明给出了测量点、标签和/或解剖体标记的投影可以被投射到复合表面上的至少两种方法。在第一种方法中，如果已知项将投影 到哪个原始(未合并的)表面上，那么可以将所述项朝向所述表面的中心 点投影，直到其与所述表面相交。这在图12中示出。例如，如果已知点P
位于原始表面S2 (其具有平均中心点C2)上，那么线164从点P朝向C2 投影，并且无论该投影的线与表面S2相交的位置在哪，与点P相关的信 息被投影的点是P1。该技术示出了在他们与另一个表面合并之前保存与限 定表面的数据点相关的拓4卜信息的重要性。
0063第二种技术是实现投影的又一种方式。其可以与第一种技术 结合使用，或者替代第一种技术。这里，点P筒单的投影到复合表面上的 最接近的点。这也在图12中示出。这里，点P被简单的投影至最接近的 表面点P2。因为P2比Pl更近，根据第二种技术的投影产生了与应用第一 种技术所得结果不同的结果。普通技术人员应该理解，存在多种方式来识 别与特定的参考点最接近的数据点。
0064虽然上面结合三角形平的小面对本发明进行了描述，这仅是 用于说明的目的，而不是对本发明的限制。这里描述的方法将同样可应用 于能够被用于建模所述表面的其他多边形。
0065此外，虽然本发明在重叠表面区域的情况下进行解释说明， 本发明也同样应用于非重叠表面区域。作为例子，参照图7,本发明将努 力去将表面S3同表面S4 (其是不重叠的)结合。
0066虽然上面描述具有一定程度特殊性的本发明的多种实施例， 但本领域的技术人员可以对所公开的实施例进行多种改变而不偏离本发 明的精神和范围。例如，虽然上述内容描述了被映射至三维模型的数据， 但该数据也可以映射至任何图，包括但不限于，二维或三维、静态或随时 间变化的图像或模型。所有的方向性参考(例如，上、下、向上、向下、 左、右、向左、向右，顶、底、以上、以下、垂直、水平、顺时针和逆时 针)仅仅是用于识别的目的以辅助读者理解本发明，并不产生限制，尤其 是对于本发明的位置、取向或使用。本发明意在包含在上面描述的或附 图中示出的所有内容应该被解释成说明而不是限制。在不偏离在所附权利 要求中所限定的本发明的精神下，可以进行细节或结构的改变。
20
权利要求
1. 一种用于产生解剖体的表面模型的方法，包括获取限定所述解剖体的第一部分的第一多个位置点，所述第一多个位置点具有第一平均中心点，从所述第一平均中心点可以画出到所述第一多个位置点的每个位置点的视线；使用所述第一多个位置点产生所述解剖体的第一部分的第一三维表面模型；获取限定所述解剖体的第二部分的第二多个位置点，所述第二多个位置点具有第二平均中心点，从所述第二平均中心点可以画出到所述第二多个位置点的每个位置点的视线，其中所述解剖体的所述第二部分包括至少解剖体的这样的区域，该区域不包含在所述解剖体的所述第一部分中，并且其中所述第二多个位置点的至少一个位置点不在所述第一平均中心点的视线中；使用所述第二多个位置点产生所述解剖体的第二部分的第二三维表面模型；以及将所述第一三维表面模型同所述第二三维表面模型结合，以产生用于所述解剖体的所述第一和第二部分的复合三维表面模型。
2. 权利要求1所述的方法，其中所述产生第一三维表面模型的过程 包括使用所述第一多个位置点产生所述解剖体的所述第一部分的第一三 维表面模型，其中所述第一三维表面模型包括多个多边形；并且其中所述产生第二三维表面模型的过程包括使用所述第二多个位置 点产生所述解剖体的所述第二部分的第二三维表面模型，其中所述第二三维表面模型包括多个多边形。
3. 权利要求2所述的方法，其中所述结合过程包括 识别完全位于所述解剖体的所述第二部分的体外的所述第一三维表面模型的多个多边形；识别完全位于所述解剖体的所述第一部分的体外的所述第二三维表 面模型的多个多边形；和限定复合三维表面模型，所述复合三维表面模型包括完全位于所迷解剖体的所述第二部分的所述体外的多个所识别的多边形和完全位于所述 解剖体的所述第 一部分的所述体外的多个所识别的多边形。
4. 权利要求3所述的方法，其中所述多边形由多个边缘限定，所述方 法还包括对于与所述第二三维表面模型的多边形相交的所述第一三维表面模 型的每个多边形，沿着相交线裁切，以便去除在所述第一和第二三维表面模型的其中之一内部的相交多面体的部分，从而产生多个裁切边缘；限定新的多面体，该新的多面体使用相交多面体的至少一个顶点作为顶 点并且使用裁切边缘与相交线相交的点作为另外的顶点，所述新的多面体限定相交表面区纟或；以及通过增加限定所述相交表面区域的新的多面体，补充所述复合三维模型。
5. 权利要求4所述的方法，还包括产生用于所述新的多面体的拓朴信'"，o
6. 权利要求4所述的方法，还包括从测量点P将线投影至所述第 一 平均中心点和所述第二平均中心点的 一个，并确定在所投影的线与所述复合三维模型相交的所述复合三维模型的 表面上的点P1;以及将来自所述测量点P的测量信息同在所述复合三维模型的表面上的所 述点Pl关联。
7. 权利要求4所述的方法，还包括确定在所述复合三维模型的所述表面上最接近测量点P的点P2;以及 将来自所述测量点P的测量信息同在所述复合三维模型的表面上的所 述点P2关联。
8. 权利要求2所述的方法，其中用于对所述解剖体的所述第一和第二 部分建模的所述多边形是三角形，并且其中所述三角形被多个边缘所限 定。
9. 权利要求8所述的方法，其中所述结合过程包括 识别完全位于所述解剖体的所述第二部分的体外的所述第一三维表面模型的多个三角形；识别完全位于所述解剖体的所述第一部分的体外的所述第二三维表 面模型的多个三角形；对于与所述第二三维表面模型的三角形相交的所述第一三维表面模 型的每个三角形，沿着相交线裁切，以便去除在所述第一和第二三维表面 模型之一的内部的三角形的部分，从而产生多个裁切边缘；以及限定用于限定相交表面区域的新的三角形，每个新的三角形使用相交 三角形的顶点作为第 一顶点，并且使用 一个或多个相交三角形的裁切边缘与相交线相交的点作为第二和第三顶点；以及限定复合三维表面模型，其包括a)完全位于所述第二部分的所述 体外的多个所识别的三角形；b)完全位于所述第一部分的所述体外的多 个所识别的三角形；以及c)限定所述相交表面区域的所述新的三角形。
10. 权利要求1所述的方法，其中所述第一三维表面模型与所述第二 三维表面模型不相交。
11. 权利要求l所述的方法，还包括获^L心的电生理学图，所述心的电生理学图包括识別多个测量位置的 位置信息和在所述多个测量位置的每个所进行的电生理学测量；识别在所述复合三维表面模型中的接近所述测量位置的位置点，用于 所识别的多个测量位置；以及根据在所识别的位置点和所述测量位置之间的接近程度，分配用于测 量位置的至少一个电生理学水平至复合三维表面模型中所识別的位置点。
12. 权利要求1所述的方法，还包括 在所述心脏的部分中插入测量电极； 沿着所述心脏的表面在多个位置放置所述测量电极； 沿着所述心脏的表面接收对于所述多个位置的每个的位置信息； 记录沿着所述心脏的表面的所述多个位置的每个的电活动； 从测量点将线投影至所述第 一平均中心点和所述第二平均中心点中的一个；确定所投影的线与所述复合三维表面模型相交处的所述复合三维表 面模型的表面上的点；以及将所记录的电活动与所投影的线与所述复合三维表面模型相交处的 所述复合三维表面模型的表面上的点相关联。
13. —种用于将复杂心脏几何结构呈现给医师的系统，包括 建模处理器，用于产生心脏的第一部分的第一三维模型和心脏的第二部分的第二三维模型，其中所述第一三维模型包括心脏的所述第一部分中的多个位置点的位置信息，所述第二三维模型包括所述心脏的第二部分中 的多个位置点的位置信息。其中，所述心脏的第二部分包括心脏的至少一个这样的区域，该区域 不包括在心脏的第一部分中；以及几何结构处理器，用于将所述第一三维模型同所述第二三维模型结 合，以产生对于所述心脏的所述第一和第二部分的结合的几何结构模型， 其中所述结合的几何结构模型表面上的至少一个点不在所述结合的几何 结构模型的平均中心点的视线中。
14. 权利要求13所述的系统，其中所述建模处理器还包括显示设备， 用于呈现对于所述心脏的所述第一和第二部分的所述结合的几何结构模 型。
15. 权利要求13所述的系统，其中所述建模处理器还包括显示设备， 用于呈现对于所述心脏的所述第一和第二部分的所述结合的几何结构模型。
16. 权利要求13所述的系统，其中所述建才莫处理器还包括 导管，在所述导管的远端中具有电极；以及定位系统，用于确定所述电^l的位置。
17. 权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二三维模型的每个包 括多个三角形；其中所述几何结构处理器增加多个三角形以将所述第 一三 维模型连接至所述第二三维模型；并且其中所述几何结构处理器产生表示 所述第 一三维模型、所述第二三维模型和增加的连接所述第 一三维模型至 所述第二三维模型的多个三角形的结合的数据。
18. 权利要求13所述系统，其中所述第一和所述第二三维模型中的每 个包括由边缘限定的多个三角形，并且其中来自构成所述第一三维模型的 所述多个三角形中的至少一个三角形沿着相交线与来自构成所述第二三 维模型的所述多个三角形中的至少一个三角形相交，并且其中所述几何结 构处理器产生结合的几何结构模型，包括a )完全位于所述第二三维模型的体外的来自所述第 一三维模型的第 一多个三角形；b) 完全位于所述第一三维模型的体外的来自所述第二三维模型的第 二多个三角形；c) 具有三个顶点的至少一个过渡三角形第一顶点，所述第一顶点同所述第一和第二三维模型的一个的与来自所述第一和第二三维模型的 另一个的三角形相交的三角形共用；第二顶点，所述第二顶点由来自所述第 一三维模型的三角形的边缘同所述第二三维模型相交的点限定；和第三顶点，所述第三顶点由来自所述第二三维模型的三角形的边缘同所述第 一三维模型相交的点限定；其中所述结合的几何结构模型具有平均中心点，所述结合的几何结构 模型的至少 一部分不在从所述平均中心点的一见线中。
19. 一种用于产生解剖体的三维模型的方法，包括 获取解剖体的第一部分的第一三维模型，所述第一三维模型包括所述解剖体的所述第 一 部分中的多个位置点的位置信息；获取解剖体的第二部分的第二三维模型，所述第二三维模型包括所述 解剖体的所述第二部分中的多个位置点的位置信息；其中所述解剖体的所述第一和第二部分的至少一个包括所述解剖体 的至少一个这样的区域，所述区域不包括在所述解剖体的所述第一和所述 第二部分的另一个中；其中，所述第一三维模型和所述第二三维模型的至少一个是满足下面 条件的视线几何结构所述三维模型的每个部分从所述三维模型的平均中 心点是可见的；以及将所述第一三维模型同所述第二三维模型结合，以产生对于所述解剖 体的所述第一和第二部分的复合几何结构模型，所述复合几何结构模型具 有平均中心点并且至少一个部分不在从所述平均中心点看去的视线中。
20. 权利要求1所述的方法，其中，所述获取第一三维模型的步骤包括在解剖体的第一部分中插入电极；沿着所述解剖体的所述第一部分的表面在多个位置点放置所述电极； 沿着所述解剖体的所述第一部分的所述表面接收所述多个位置点的每个的位置信息；以及产生所述解剖体的所述第一部分的第一三维模型，其包括在所述解剖体的所述第 一 部分中的多个位置点中的每个的位置信息。
21. 权利要求20所述的方法，其中所述获取第二三维模型的步骤包括接收数据文件，所述数据文件包括沿着所述解剖体的所述第二部分的 表面的多个位置点的每个的位置信息；以及产生所述解剖体的所述第二部分的第二三维模型，其包括来自数据文 件的在所述解剖体的所述第二部分中的多个位置点的每个的位置信息。
22. 权利要求21所述的方法，其中所述第一和第二三维模型还包括使 用多个三角形小面被格式化以识别三维空间的信息，并且其中将所述第一 三维模型同所述第二三维模型结合的步骤包括画出多个三角形以将所述第一三维模型连接至所述第二三维模型；以及产生表示所述第 一三维模型、所述第二三维模型和所述多个三角形的 结合的数据，所述多个三角形被画出用于将所述第一三维模型连接至所述第 二三维模型。
23. 权利要求21所述的方法，其中所述第 一和第二三维模型还包括使 用多个三角形被格式化以识别三维空间的信息，并且其中将所述第 一 三维 模型同所述第二三维模型结合的步骤包括识别完全位于所述第二三维模型的体外的所述第 一三维模型的多个三 角形；识别完全位于所述第 一三维模型的体外的所述第二三维模型的多个三 角形；对于与所述第二三维模型的三角形相交的所述第一三维模型的每个 三角形，沿着相交线裁切所述三角形的边缘，以便去除在所述第一和第二 三维模型之一 内部的所述三角形的部分，从而产生多个裁切边缘；限定新的三角形，该新的三角形使用相交三角形的至少 一个顶点作为 顶点，并且使用裁切边缘与相交线相交的点作为另外的顶点，所述新的三 角形限定相交表面区域；以及限定对于所述解剖体的所述第一和第二部分的复合几何结构模型，所 述复合几何结构模型包括a)完全位于所述第二三维模型的所述体外的 所述多个所识别的三角形；b)完全位于所述第一三维模型的所述体外的 所述多个所识别的三角形；以及c)限定所述相交表面区域的所述新的三 角形；其中所述复合几何结构模型具有平均中心点，所述复合几何结构模型 的至少 一部分不在,人所述平均中心点的一见线中。
全文摘要
本发明公开用于产生人体解剖体(11)的复杂模型的方法和系统。所述解剖体可以使用多个几何结构被建模。通常，多个视线模型可以结合成复合模型。点(40)的多个云(50)可以用于产生表面模型，所述模型可以随后合并成共同的体。所得的复合模型可以包括不在所述复合模型的平均中心点的视线中的部分。所述表面模型可以使用诸如包括三角形的多边形被建模。本发明还公开电生理学数据和/或其它信息从测量点映射至复合模型上的点的方法。
文档编号A61B5/04GK101448453SQ200780017972
公开日2009年6月3日 申请日期2007年5月16日 优先权日2006年5月17日
发明者D·R·斯塔克斯 申请人:圣朱德医疗有限公司房颤分公司