專利名稱：用于手動調(diào)整幾何模型的先驗信息編碼的制作方法
用于手動調(diào)整幾何模型的先驗信息編碼本發(fā)明涉及一種調(diào)整方法，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還涉及一種調(diào)整系統(tǒng)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還涉及一種采集系統(tǒng)，用于獲取圖像數(shù)據(jù)，其包括所述調(diào)整系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種工作站，其包括所述調(diào)整系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種由計算機(jī)設(shè)備加載的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括指令， 用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。在WO2005/038711中，描述了開始段落中所述的這種調(diào)整方法的實施 例，以下將其稱為參考文獻(xiàn)l。該文獻(xiàn)描述了幾種用于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(diào)整幾何模 型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的結(jié)果。例如，在該調(diào)整方法的一個實施例中，用戶可 以選擇表示幾何模型的網(wǎng)格的一個頂點，并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(shù)來控制它們的位移， 該平滑函數(shù)例如為以該選定頂點為中心的高斯函數(shù)。該方法的缺陷在于幾何模型的變形由工具的幾何參數(shù)來控制。例如， 利用諸如高斯函數(shù)的半徑之類的參數(shù)來控制由高斯拖拉工具引起的變形， 例如，該高斯函數(shù)對被定義為高斯函數(shù)的方差的平方根的變形進(jìn)行建模。 將幾何模型的一個頂點拖拉向圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的邊界會導(dǎo)致幾何模型的變形， 其沒有將幾何模型的邊界與圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的目標(biāo)邊界對準(zhǔn)。最后，可以通過 操縱多個頂點直至完成該手動調(diào)整為止，來校正在幾何模型的邊界對準(zhǔn)中 的所有誤差?？商鎿Q地，可由用戶交互地設(shè)置工具的參數(shù)，來優(yōu)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(fèi)時間。本發(fā)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(diào)整方法。本發(fā)明的目的是通過以下實現(xiàn)的用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù) 的調(diào)整方法包括區(qū)域選擇步驟，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及手動調(diào)整步驟，用于利用所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特 征，來手動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)。使用一種利用鼠標(biāo)操作的標(biāo)準(zhǔn)選擇工具來選擇所述幾何模型中將要被 手動調(diào)整以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的幾何模型的區(qū)域。同樣的工具用于手動調(diào)整幾 何模型，以便將其與圖像數(shù)據(jù)內(nèi)所包含的察覺到的對象對準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明 所述，由選定區(qū)域的一組特征來控制幾何模型的變形。該組特征包含在該 幾何模型內(nèi)。這允許將優(yōu)化的工具參數(shù)應(yīng)用于幾何模型的選定區(qū)域。例如， 在由包含多個頂點的自適應(yīng)網(wǎng)格所表示的幾何模型情況下，網(wǎng)格的每一個 頂點都是幾何模型的一個區(qū)域。每一個頂點都可以用其自己的權(quán)重函數(shù)來 表征，權(quán)重函數(shù)用于控制由應(yīng)用于該區(qū)域的拖拉工具所引起的變形。所述 權(quán)重函數(shù)包括網(wǎng)格中所有頂點的權(quán)重，它們中的大部分通常為零。當(dāng)將拖 拉工具應(yīng)用于選定頂點時，網(wǎng)格中每一個頂點的位移都與選定頂點的權(quán)重 成正比。選定頂點的權(quán)重為1。例如，在某個特定頂點上的權(quán)重函數(shù)的值可 以按指數(shù)規(guī)律減少。該指數(shù)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(quán)重函數(shù)用隨著與選定區(qū)域之間的距離而下降的速率來表征。 與選定頂點相關(guān)的權(quán)重函數(shù)的下降速率確定了通過將拖拉工具應(yīng)用于該頂 點而引起的變形范圍。例如，如果在選定頂點周圍區(qū)域中的頂點彼此強(qiáng)耦 合，例如表示骨頭平坦區(qū)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(qū)域中拖拉一個頂點將導(dǎo)致附近頂點的類似位移。另一方面， 如果在選定頂點周圍區(qū)域中的頂點彼此弱耦合，例如表示彎曲軟組織的頂 點，則權(quán)重函數(shù)的下降速率應(yīng)當(dāng)相對較大。利用拖拉工具從該區(qū)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(fā)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(qū)域的特征(例如下降速率)來調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù) 據(jù)，本發(fā)明的調(diào)整方法就需要相對較少的用戶交互。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的一個實施例中，所述幾何模型包括用于手 動調(diào)整幾何模型的工具，并且所述方法還包括用于選擇該工具的工具選擇步驟。本發(fā)明的方法利用諸如參考文獻(xiàn)1中的拖拉工具和推動工具之類的 工具，來手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。所述工具可以包含在該區(qū)域 的特征組內(nèi)。每一個區(qū)域都可以存儲其自己的、對所述區(qū)域進(jìn)行調(diào)整最為
有用的工具?？商鎿Q地，該工具可以是綜合工具(global tool)。該特征組可 以包括用于控制對所述區(qū)域進(jìn)行調(diào)整最為有用的工具的工作方式的參數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，所述幾何模型包括用于手動 調(diào)整幾何模型的所述工具的配置，并且所述方法還包括用于選擇所述配置的 配置選擇步驟。所述工具配置可以包含在該區(qū)域的特征組內(nèi)。每一個區(qū)域 都可以存儲其自己的、對所述區(qū)域進(jìn)行調(diào)整最有用的工具配置?？蛇x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于相對于脈管 的脈管調(diào)整的工具定向。在相對于脈管中心線的第一預(yù)定定向上，該工具 充當(dāng)應(yīng)用于脈管邊界的拖拉工具。在相對于脈管中心線的第二預(yù)定定向上， 該工具充當(dāng)應(yīng)用于脈管中心線的拖拉工具。
在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一個實施例中，所述調(diào)整方法還包括自 動調(diào)整步驟，用于自動調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，其中，所述手動調(diào) 整步驟還包括邊界條件步驟，用于手動地為所述自動調(diào)整步驟設(shè)置邊界條 件。某些用于自動調(diào)整的幾何模型已經(jīng)包含了用于調(diào)整所述幾何模型的一 組特征和一個先驗信息，其中上述用于自動調(diào)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(xiàn)"Shape constrained deformable models for 3D medical image segmentation"中所描述的三角形網(wǎng)格，以下將 該文獻(xiàn)稱為參考文獻(xiàn)2。在此情況下，用戶可以選擇幾何模型的特定部分， 并在手動調(diào)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(yù)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。然后在自動調(diào)整步驟中調(diào)整幾何 模型。經(jīng)調(diào)整的幾何模型滿足強(qiáng)制邊界條件。僅調(diào)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(yōu)勢在于不需要其他的用于手動調(diào)整 幾何模型的區(qū)域特征組。在自動調(diào)整步驟中使用在這些幾何模型中已經(jīng)可 用的區(qū)域特征組?？蛇x地，所述幾何模型可以包括用于手動設(shè)置邊界條件 的區(qū)域特征組。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一個實施例中，所述調(diào)整方法還包括分 割步驟，用于分割圖像數(shù)據(jù)。對包含在圖像數(shù)據(jù)中的多個物體使用所述調(diào) 整方法允許醫(yī)生描繪所述多個物體。這有助于將圖像數(shù)據(jù)更好的可視化， 并使醫(yī)生能夠提取定量的數(shù)據(jù)，例如包含在圖像數(shù)據(jù)中的物體的幾何參數(shù)。
本發(fā)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(diào)整系統(tǒng)。其通過以下實現(xiàn)的用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù) 的適應(yīng)系統(tǒng)包括
區(qū)域選擇單元，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及
手動調(diào)整單元，用于在所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特征 的基礎(chǔ)上，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)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 交互的圖像采集系統(tǒng)。其通過以下實現(xiàn)的所述圖像采集系統(tǒng)包括調(diào)整系 統(tǒng)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整系統(tǒng)包括
區(qū)域選擇單元，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及
手動調(diào)整單元，用于在所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特征的 基礎(chǔ)上，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)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(xiàn)的所述工作站包括調(diào)整系統(tǒng)，用于調(diào)整 幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整系統(tǒng)包括
區(qū)域選擇單元，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及
手動調(diào)整單元，用于在所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特征的 基礎(chǔ)上，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)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 交互的計算機(jī)程序產(chǎn)品。其^il過以下實現(xiàn)的要由計算機(jī)設(shè)備加載的計穀幾 禾旨產(chǎn)品包括指令，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像 ，戶皿計,設(shè)備包括處
理單元和存儲器，戶，計對幾禾i^產(chǎn)品在被加i^M^合戶;M處理單元執(zhí)行以下
任務(wù)的能力
選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及
在所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特征的基礎(chǔ)上，手動調(diào)整 所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)?；诒菊f明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施戶;f^應(yīng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、工作 站和/或計^i幾，群產(chǎn)品的修艦其變化，其與戶;f^3^方法的修艦其變化相對 應(yīng)。
本發(fā)明的調(diào)整方法用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)2D、 3D和域4D圖像數(shù) 據(jù)。盡管實施例主要描述了調(diào)整幾何模型以適應(yīng)3D圖像數(shù)據(jù)的情況，但是 在本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上，將所述調(diào)整方法、調(diào)整系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、 工作站和/或計算機(jī)程序產(chǎn)品延伸到其他維度對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而 易見的?，F(xiàn)在可以依慣例 各種 采集形式來產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，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(xiāng)計穀幾斷層造影術(shù)(SPECT)。
將參考附圖，相對于以下戶誠的執(zhí)行和實施例來闡明根據(jù)本發(fā)明的適應(yīng)方法、 適應(yīng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、工作站和計算機(jī)禾i^產(chǎn)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(diào)整結(jié)果；
圖2示出了調(diào)整方法的示范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(diào)整結(jié)果；
圖4示意性地示出了對股骨頂部的手動調(diào)整結(jié)果；
圖5示出了調(diào)整系統(tǒng)的實施例的方框圖6示意性地示出了圖像采集系統(tǒng)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(shù)字用于表明相應(yīng)的部分。
圖1示意性地示出了對股骨100的手動調(diào)整效果。將諸如參考文獻(xiàn)1 中所述的高斯拖拉工具之類的拖拉工具應(yīng)用于股骨100。在第一個視圖101 中，將高斯拖拉工具應(yīng)用于第一個箭頭111的起點所指示的區(qū)域，并按照 第一個箭頭111所指示的方向拖拉此區(qū)域。由第一個輪廓121來描繪所產(chǎn) 生的變形。在第二個視圖102中，將高斯拖拉工具應(yīng)用于第二個箭頭112 的起點所指示的區(qū)域，并按照第二個箭頭112所指示的方向拖拉此區(qū)域。 由第二個輪廓122來描繪所產(chǎn)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(yīng)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(jìn)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(yīng)用于第三個箭頭113 的起點所指示的區(qū)域，并按照第三個箭頭113所指示的方向拉此區(qū)域。由 第三個輪廓123來描繪所產(chǎn)生的變形。在此，由第三個輪廓123所標(biāo)記的 變形在股骨100的很長范圍上擴(kuò)展。參考文獻(xiàn)1的高斯拖拉工具具有一種 新特性其使用了有關(guān)股骨100的應(yīng)用了高斯拖拉工具的區(qū)域的先驗和更 全面的信息。該新特性示出了使用本發(fā)明所述的方法超越現(xiàn)有技術(shù)的方法 的優(yōu)勢。圖2示出了用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的調(diào)整方法200的示范性實施例的簡化流程圖，調(diào)整方法200包括 初始化步驟210，用于初始化所述幾何模型； 區(qū)域選擇步驟220，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及 手動調(diào)整步驟235，用于使用所述幾何模型內(nèi)所包含的所述區(qū)域的一組特征，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 可選地，調(diào)整方法200還包括 分割步驟205，用于分割圖像數(shù)據(jù)；自動調(diào)整步驟215，用于自動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)；工具選擇步驟225，用于選擇用來手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的 工具；以及配置選擇步驟230，用于設(shè)置所述的用來手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像 數(shù)據(jù)的工具的配置。進(jìn)一步參照圖2，在開始步驟201之后，方法200前進(jìn)到GUI步驟202， 用于顯示圖形用戶接口，來與用戶交流信息。然后方法200前進(jìn)到分割步 驟205。如果在圖像數(shù)據(jù)中沒有其他必須對其調(diào)整幾何模型的對象，則調(diào)整 方法200就前進(jìn)到結(jié)束步驟299,在此，由調(diào)整方法200操縱的處理結(jié)束。 反之，則選擇要被調(diào)整來適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中的要為其調(diào)整幾何模型的物體附近?？蛇x的，幾何模型還可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移和/或縮放，以匹配要為其調(diào)整幾何模型的物體。在初始化步驟210之后，執(zhí)行自動調(diào)整步驟215，用于自動調(diào)整初始化后的幾何模 型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。如果不需要手動調(diào)整幾何模型，則調(diào)整方法200就前 進(jìn)到分割步驟205。如果幾何模型中仍然存在需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù) 的區(qū)域，則在區(qū)域選擇步驟220中選擇該區(qū)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(shè)置所述的 與圖像數(shù)據(jù)相關(guān)的工具的配置。 一旦選擇了該區(qū)域并且準(zhǔn)備了用于手動調(diào) 整該區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的工具，則在手動調(diào)整步驟235中，手動調(diào)整幾 何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。在手動調(diào)整步驟235之后，方法200可以前進(jìn)到自動調(diào)整步驟215，用 以在手動調(diào)整步驟中定義的新的邊界條件的基礎(chǔ)上，自動調(diào)整幾何模型以 適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，方法200前進(jìn)到區(qū)域選擇步驟220來選擇另一個用于手動 調(diào)整的區(qū)域，方法200前進(jìn)到工具選擇步驟225來選擇用于手動調(diào)整幾何 模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的工具，或方法200前進(jìn)到配置選擇步驟230來選擇 所述的用于手動調(diào)整該幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的工具的配置。如果不需 要調(diào)整幾何模型，方法200就前進(jìn)到分割步驟205。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的一個實施例中，幾何模型基于包括多 個頂點的網(wǎng)格。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，網(wǎng)格是多 邊形網(wǎng)格，例如在參考文獻(xiàn)2中所用的三角形網(wǎng)格。多邊形網(wǎng)格表示被建 模物體的表面。多邊形網(wǎng)格相對易于實現(xiàn)。多邊形網(wǎng)格的調(diào)整很少要求過 多的計算時間?？商鎿Q地，幾何模型可以基于四面體網(wǎng)格。本領(lǐng)域技術(shù)人 員會理解存在許多可以用本發(fā)明的調(diào)整方法200來調(diào)整的幾何模型。在本 發(fā)明實施例的說明中所用的網(wǎng)格僅是為了說明的目的，并不限制權(quán)利要求 的范圍。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，調(diào)整方法200可選地 包括分割步驟205。分割步驟205允許使用調(diào)整方法200來調(diào)整多個幾何模 型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)集，用以描繪在圖像數(shù)據(jù)內(nèi)所包含的所關(guān)注對象的輪廓。 分割步驟205還用作對循環(huán)進(jìn)行控制的控制步驟，該循環(huán)包括一個用于調(diào) 整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的循環(huán)周期。可替換地，調(diào)整方法200還可用 于調(diào)整預(yù)定的幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)中的對象，以便計算對象的特征。在該情況下，不需要分割步驟205。例如，可以使用調(diào)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征。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(shù)據(jù)中的要為其調(diào)整幾何模型的物體附近?？蛇x地，幾何 模型還可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移和/或縮放，以匹配要為其調(diào)整幾何模型的物體。 初始化步驟可以手動地或自動地進(jìn)行。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一個實施例中，可以在自動調(diào)整步 驟215中自動調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。例如，對于表示幾何模型的 三角形網(wǎng)格，可以使用參考文獻(xiàn)2中所描述的調(diào)整方法200。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將了解以下事實存在許多本領(lǐng)域公知的自動調(diào)整方法，并且可以在自 動調(diào)整步驟215中使用它們的任意組合。區(qū)域選擇步驟220是非常重要的步驟，因為選定區(qū)域定義了該選定區(qū) 域的一組特征，其在手動調(diào)整步驟中，用來在該手動調(diào)整步驟230中將幾 何模型的所述區(qū)域與圖像數(shù)據(jù)對準(zhǔn)?？蛇x地，可以使用選定區(qū)域來定義用 來手動調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的一組工具，其中，可以如本發(fā)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(qū)域選擇步驟220中選定的區(qū)域和在工具選擇步驟中選 定的工具，來如本發(fā)明的另一實施例所述的，在配置選擇步驟230中確定 一組工具配置并且確定用于該組工具配置中每個工具配置的所允許參數(shù) 值。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，用于在圖像數(shù)據(jù)中選 擇一個區(qū)域的區(qū)域選擇步驟220被配置為使用GUI工具來旋轉(zhuǎn)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(jù)圖像數(shù)據(jù)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(diào)整以適應(yīng)圖 像數(shù)據(jù)的區(qū)域。優(yōu)選地，為3D圖像數(shù)據(jù)定義旋轉(zhuǎn)和平移。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，幾何模型包括用于手 動調(diào)整幾何模型的工具，并且調(diào)整方法200還包括用于選擇工具的工具選 擇步驟225。本發(fā)明的調(diào)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(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。該工具可以包含在該區(qū)域的特征 組中。每一個區(qū)域都可以存儲其自己的、對調(diào)整所述區(qū)域最為有用的工具?？商鎿Q地，所述工具可以是綜合工具。該特征組可以包括用于控制對所述 區(qū)域進(jìn)行調(diào)整最為有用的工具的工作方式的參數(shù)?？蛇x地，幾何模型可以 包括一組用于手動調(diào)整幾何模型的工具。在基于多邊形網(wǎng)格的幾何模型的情況下，可以為每一個多邊形分配一 組可用于手動調(diào)整幾何模型的區(qū)域的工具，所述區(qū)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征中所包含的參數(shù)來控制。例如，拖拉工具可由用 于確定網(wǎng)格的多變形相對于所拖拉的多邊形的相對位移的函數(shù)來控制，例 如高斯函數(shù)?？蛇x地，拖拉工具可由多個參數(shù)來控制。這對于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)3D圖像數(shù)據(jù)尤其有用。例如，可以用參考文獻(xiàn)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(dāng)把鼠標(biāo)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(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，幾何模型包括用于手 動調(diào)整幾何模型的工具配置，并且調(diào)整方法200還包括用于選擇該配置的 配置選擇步驟230。工具的配置可以包含在該區(qū)域的特征組中。每一個區(qū)域 可以存儲其自己的、對調(diào)整所述區(qū)域最為有用的工具配置?？蛇x地，幾何 模型可以包括多個配置。用戶可以利用諸如鼠標(biāo)之類的用戶輸入設(shè)備來操 縱工具配置。預(yù)先定義的配置的一個實例是用于與脈管有關(guān)的脈管調(diào)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(diào)整效果。 可以將用于調(diào)整由等腰三角形330所表示的脈管邊界310的工具330定向 為平行于或垂直于脈管的中心線320?？梢栽谠摴ぞ吲c脈管中心線320之間 的角度的基礎(chǔ)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，工具基本上垂直于中心線。在該配置中，可以將該 工具應(yīng)用于脈管邊界310，來使脈管邊界310變形。這種調(diào)整的結(jié)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基本上平行于脈管的中心線320。在該配置中，可以 將工具330應(yīng)用于脈管中心線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(jìn)行彎曲的結(jié)果。在視圖303 中用第三個輪廓313描繪了對邊界310進(jìn)行伸展的結(jié)果?？商鎿Q地，可以在由工具330的應(yīng)用點所確定的幾何模型區(qū)域的基礎(chǔ) 上定義一種類似的效果。如果將工具應(yīng)用于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(yīng)用于脈管中心線上或其附近，則工具 在脈管中心線上起作用?？商鎿Q地，存在有兩種不同的工具，第一種工具用于調(diào)整脈管邊界， 而第二種工具用于調(diào)整脈管中心線?？梢詾閹缀文Ｐ偷母鱾€區(qū)域分配工具。 如果鼠標(biāo)指針位于脈管邊界上或其附近，則第一種工具生效。如果鼠標(biāo)指 針位于脈管中心線上或其附近，則第二種工具生效。在手動調(diào)整步驟235，在幾何模型中所包含的區(qū)域特征的基礎(chǔ)上，手動 調(diào)整幾何模型的所選區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。所述區(qū)域特征包括關(guān)于幾何模 型的該區(qū)域的所允許的變形的信息。變形可以取決于許多條件，例如被建 模組織的剛度和在該區(qū)域中的幾何模型表面曲率。因此，用于控制工具的 參數(shù)取決于該區(qū)域。這在圖4中進(jìn)行了圖示，圖4示意性地示出了對股骨 頭部400進(jìn)行手動調(diào)整的結(jié)果。例如，該工具是高斯拖拉工具。用于控制 該工具的參數(shù)是對股骨頭部的變形進(jìn)行建模的高斯函數(shù)的半徑，所述變形 被定義為例如高斯函數(shù)的方差的平方根。該半徑取決于高斯拖拉工具的應(yīng) 用區(qū)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(yīng)用 于股骨頭部400的半球頂點。用第一個輪廓421來指示所產(chǎn)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(yīng)用于股骨 頭部400的半球基部。用第二個輪廓422來指示所產(chǎn)生的變形。第一個輪 廓421的半徑大于第二個輪廓422的半徑。導(dǎo)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于在股骨頭部400的半球基部的曲率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以用多種方式來實現(xiàn)各個部分的位移。 例如，在將拖拉工具應(yīng)用于由網(wǎng)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(quán)重 來定義?？蛇x地，該特定頂點的位移矢量的方向可以不同于所拖拉頂點的 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(biāo)系統(tǒng)中的本地坐標(biāo)的矢量值函數(shù)，來計算該特定頂點的位移矢量?？商?換地，正如本發(fā)明另一實施例中所述的，可以優(yōu)化具有基于所拖拉頂點的位移的邊界條件的內(nèi)部能量表達(dá)式，來計算該特定頂點的位移。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將了解此事實存在其他方法來在由工具引起的網(wǎng)格變形的基礎(chǔ)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(guān)聯(lián)；其他的 可以與其他工具相關(guān)聯(lián)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，手動調(diào)整步驟235還 包括用于為自動調(diào)整步驟215手動設(shè)置邊界條件的邊界條件步驟。在手動 調(diào)整步驟235中調(diào)整幾何模型的區(qū)域。在手動調(diào)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(wǎng)格頂點，并且將這些部分拖 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(yù)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。然后，在自動調(diào)整步驟215中調(diào)整幾何模型。調(diào)整后的幾 何模型滿足強(qiáng)制邊界條件。僅調(diào)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(yōu)勢在于不需要額外的用于手動調(diào)整幾何模型的區(qū)域 特征?；诎趲缀文Ｐ椭星矣勺詣诱{(diào)整步驟215所使用的特征，來執(zhí) 行整體調(diào)整。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法200的另一實施例中，使用以三角形網(wǎng)格為 基礎(chǔ)的幾何模型和以組合后的內(nèi)部和外部幾何模型勢能的最小化為基礎(chǔ)的 調(diào)整方法。在參考文獻(xiàn)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于外部能量的圖像驅(qū)動邊界點。可以通過將非常大 的權(quán)重分配給外部能量項來實現(xiàn)邊界條件，該外部能量項描述了將所調(diào)整 的部分吸引到其手動選定的位置，所述的非常大的權(quán)重比分配給幾何模型 勢能中的其他任何項的權(quán)重都大很多。由內(nèi)部能量參數(shù)和邊界條件來確定 網(wǎng)格的三角形的位移。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以通過找到對于力場中 運(yùn)動方程式的固定解，來概括和執(zhí)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(yùn)動方程式，所述模擬采用了對能量損耗起作 用的項，因此促進(jìn)了模擬的快速收斂?？商鎿Q地，可以使用以現(xiàn)有技術(shù)中已知的另一種成本函數(shù)的優(yōu)化為基 礎(chǔ)的方法。網(wǎng)格的手動移動的三角形或頂點的位置定義了邊界條件，并且 所述位置沒有被優(yōu)化。調(diào)整方法200可以有利地用于對自動調(diào)整結(jié)果進(jìn)行校正?？商鎿Q地，調(diào)整方法200可以用作調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的可選方法。在本發(fā)明的方法200的所述實施例中的順序不是強(qiáng)制性的，在不脫離本發(fā)明所希望的概念的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)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(tǒng)或多個進(jìn)程并行地執(zhí)行這些步驟?？蛇x地，本發(fā)明的方法200的兩個步驟可以合并為一個步驟?？蛇x的，可以將本發(fā)明的調(diào)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(diào)整系統(tǒng)500的一個實施例，其用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，調(diào)整系統(tǒng)500包括初始化單元510，用于初始化幾何模型；區(qū)域選擇單元520，用于選擇幾何模型的區(qū)域；以及手動調(diào)整單元535，用于在幾何模型中所包含的所述區(qū)域的區(qū)域特征的基礎(chǔ)上，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 可選地，調(diào)整系統(tǒng)500還包括 分割單元505，用于分割圖像數(shù)據(jù)；自動調(diào)整單元515，用于自動調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)； 工具選擇單元525，用于選擇用來手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的 工具；配置選擇單元530，用于設(shè)置工具的配置，例如相對于圖像數(shù)據(jù)來設(shè)置；以及用戶接口 565，用于與檢測系統(tǒng)500進(jìn)行通信。在圖5所示的調(diào)整系統(tǒng)500的實施例中，有三個輸入連接器581、 582 和583，用于輸入數(shù)據(jù)。第一輸入連接器581被配置為接收從諸如硬盤、磁 帶、閃存或光盤之類的數(shù)據(jù)存儲器輸入的數(shù)據(jù)。第二輸入連接器582被配 置為接收從諸如鼠標(biāo)或觸摸屏之類的用戶輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。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(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。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(diào)整系統(tǒng)500的實施例中，有兩個輸出連接器591和592， 用于輸出數(shù)據(jù)。第一輸出連接器591被配置為向諸如硬盤、磁帶、閃存或 光盤之類的數(shù)據(jù)存儲器輸出數(shù)據(jù)。第二輸出連接器592被配置為向顯示設(shè) 備輸出數(shù)據(jù)。輸出連接器591和592經(jīng)由輸出控制單元590接收各自的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解存在許多方式將輸入設(shè)備連接到調(diào)整系統(tǒng)500 的輸入連接器581、 582和583以及將輸出設(shè)備連接到調(diào)整系統(tǒng)500的輸出 連接器591和592。這些方式包括但不限于有線連接與無線連接、諸如局 域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)之類的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電話網(wǎng)和模擬電 話網(wǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)500的實施例中，調(diào)整系統(tǒng)500包括存儲器 單元570。存儲器單元570被配置為經(jīng)由任何一個輸入連接器581、 582和 583從外部設(shè)備接收輸入數(shù)據(jù)，并在存儲器單元570中存儲所接收的數(shù)據(jù)。 將數(shù)據(jù)加載到存儲器單元570中允許調(diào)整系統(tǒng)500的各個單元對相關(guān)數(shù)據(jù) 部分的快速訪問。輸入數(shù)據(jù)可以包括但不限于圖像數(shù)據(jù)?？梢越柚谥T如 以下的設(shè)備來實現(xiàn)存儲器單元570:例如，隨機(jī)存取存儲器(RAM)芯片、只 讀存儲器(ROM)芯片和/或硬盤。優(yōu)選地，存儲器單元570包括RAM，用于 存儲圖像數(shù)據(jù)集。存儲器單元570還被配置為經(jīng)由存儲器總線575，從調(diào)整 系統(tǒng)500的各個單元接收數(shù)據(jù)并向其傳遞數(shù)據(jù)，調(diào)整系統(tǒng)500的各個單元 包括分割單元505、初始化單元510、自動調(diào)整單元515、區(qū)域選擇單元 520、工具選擇單元525、配置選擇單元530、手動調(diào)整單元535、用戶接口 565。存儲器單元570還被配置為使得數(shù)據(jù)經(jīng)由輸出連接器591和592中任 意一個對外部設(shè)備可用。將來自調(diào)整系統(tǒng)500的各個單元的數(shù)據(jù)存儲在存 儲器單元570中有利地改善了調(diào)整系統(tǒng)500的各個單元的性能，以及數(shù)據(jù) 從調(diào)整系統(tǒng)500的各個單元到外部設(shè)備的傳遞速率?？商鎿Q地，調(diào)整系統(tǒng)500不包括存儲器單元570和存儲器總線575。調(diào) 整系統(tǒng)500所使用的輸入數(shù)據(jù)由至少一個外部設(shè)備來提供，例如連接到調(diào) 整系統(tǒng)500的單元的外部存儲器或處理器。類似地，由調(diào)整系統(tǒng)500產(chǎn)生 的輸出數(shù)據(jù)被提供給至少一個外部設(shè)備，例如連接到調(diào)整系統(tǒng)500的單元 的外部存儲器或處理器。調(diào)整系統(tǒng)500的單元被配置為經(jīng)由內(nèi)部連接或經(jīng) 由數(shù)據(jù)總線在彼此之間接收數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)500的另一實施例中，調(diào)整系統(tǒng)500包括用 戶接口 565，用于與調(diào)整系統(tǒng)500通信。用戶接口 565包括顯示單元，用 于向用戶顯示數(shù)據(jù)；以及選擇單元，用于做出選擇。將調(diào)整系統(tǒng)500與用戶接口 565相結(jié)合允許用戶與調(diào)整系統(tǒng)500通信。用戶接口 565還被配置 為顯示幾何模型。用戶接口 565還被配置為顯示用于示出由為適應(yīng)圖像數(shù) 據(jù)而對幾何模型進(jìn)行的調(diào)整所造成的幾何模型變形的輪廓。用戶接口 565 還被配置為顯示用于調(diào)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?？蛇x的，用戶接口可以包括調(diào)整系統(tǒng)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(lǐng)域技術(shù)人員會 理解，可以在調(diào)整系統(tǒng)500的用戶接口 565中有利地實現(xiàn)更多的功能?？商鎿Q地，調(diào)整系統(tǒng)可以使用經(jīng)由輸入連接器582和/或583及輸出連 接器592連接到調(diào)整系統(tǒng)500的外部輸入設(shè)備和/或外部顯示器。本領(lǐng)域技 術(shù)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(fā)明的調(diào)整系 統(tǒng)500中。本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)500，例如圖5中所示的，可以實現(xiàn)為計算機(jī)程序產(chǎn) 品，并可以存儲在任何適宜的介質(zhì)上，諸如例如磁帶、磁盤或光盤。該 計算機(jī)程序可以被加載到包括處理單元和存儲器的計算機(jī)設(shè)備中。計算機(jī) 程序產(chǎn)品在被加載后，提供給處理單元執(zhí)行渲染，各種任務(wù)的能力。圖6示意性地示出了圖像采集系統(tǒng)600的實施例，其使用了本發(fā)明的 調(diào)整系統(tǒng)500，所述圖像采集系統(tǒng)600包括圖像采集系統(tǒng)單元610，其經(jīng) 由內(nèi)部連接與調(diào)整系統(tǒng)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采集系統(tǒng)600的性能，為所述圖像采集系統(tǒng)600 提供了調(diào)整系統(tǒng)500的有優(yōu)勢的分割能力。圖像采集系統(tǒng)的實例包括但不 限于CT系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、正電子發(fā)射斷層造 影(PET)系統(tǒng)和單光子發(fā)射計算機(jī)斷層造影(SPECT)系統(tǒng)。圖7示意性地示出了工作站700的實施例。所述系統(tǒng)包括系統(tǒng)總線701 。 處理器710、存儲器720、磁盤輸入/輸出(I/0)適配器730和用戶接口(UI)740 可操作地連接到系統(tǒng)總線701。磁盤存儲設(shè)備731可操作地耦合到磁盤I/O 適配器730。鍵盤741、鼠標(biāo)742和顯示器743可操作地耦合到UI740。本 發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)500實現(xiàn)為計算機(jī)程序，其存儲在盤片存儲設(shè)備731中。 工作站700被配置為將程序和輸入數(shù)據(jù)加載到存儲器720中，并在處理器 710上執(zhí)行程序。用戶可以用鍵盤741和/或鼠標(biāo)742向工作站700輸入信 息。工作站被配置為向顯示設(shè)備743和/或向盤片731輸出信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解有許多本領(lǐng)域己知的其它工作站的實施例，并且本實施例起 到說明本發(fā)明的目的，不能解釋為將本發(fā)明限于該特定實施例。應(yīng)指出，上述實施例是說明性的而不是限制本發(fā)明，在不脫離所附權(quán) 利要求范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計可替換的實施例。在權(quán) 利要求中，在括號中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求。詞語"包 括"并不排除未在權(quán)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(fā)明可以借助于包括幾個不同元 件的硬件及借助于適當(dāng)編程的計算機(jī)來實現(xiàn)。在系統(tǒng)中，權(quán)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件或軟件來體現(xiàn)。詞語第一、 第二和第三等的使用并不表示任何排序。這些詞語可以被解釋為名稱。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)整方法(200)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整方法包括區(qū)域選擇步驟(230)，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及手動調(diào)整步驟(235)，用于利用所述幾何模型中所包含的所述區(qū)域的一組特征，來手動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(200)，其中，所述幾何模型包括用于 手動調(diào)整所述幾何模型的工具，并且所述調(diào)整方法(200)還包括工具選擇步 驟(225)，用于選擇所述工具。
3、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(200)，其中，所述幾何模型包括用于 手動調(diào)整所述幾何模型的工具的配置，并且所述調(diào)整方法(200)還包括配置 選擇步驟(230)，用于選擇所述配置。
4、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(200)，還包括自動調(diào)整步驟(215)，用 于自動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)，其中，所述手動調(diào)整步驟 還包括邊界條件步驟，用于為所述自動調(diào)整步驟設(shè)定邊界條件。
5、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(200)，還包括分割步驟，用于分割所 述圖像數(shù)據(jù)。
6、 一種調(diào)整系統(tǒng)(200)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整 系統(tǒng)(200)包括區(qū)域選擇單元，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及 手動調(diào)整單元，用于在所述幾何模型中所包含的所述區(qū)域的區(qū)域特征 的基礎(chǔ)上，手動調(diào)整所述區(qū)域以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)。
7、 一種圖像采集系統(tǒng)(600)，用于采集圖像數(shù)據(jù)，其包括如權(quán)利要求6所述的調(diào)整系統(tǒng)(200)。
8、 一種工作站(700)，其包括如權(quán)利要求6所述的調(diào)整系統(tǒng)(200)。
9、 一種要由計算機(jī)設(shè)備加載的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括指令，用于調(diào) 整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述計算機(jī)設(shè)備包括處理單元和存儲器，所 述計算機(jī)程序產(chǎn)品在被加載后，為所述處理單元提供執(zhí)行以下任務(wù)的能力-選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及在所述幾何模型中所包含的所述區(qū)域的區(qū)域特征的基礎(chǔ)上，手動調(diào)整 所述區(qū)域以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及調(diào)整方法(200)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整方法包括區(qū)域選擇步驟(230)，用于選擇所述幾何模型的區(qū)域；以及手動調(diào)整步驟(235)，用于利用所述幾何模型中所包含的所述區(qū)域的一組特征，來手動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)。使用來自選定區(qū)域的特征組中的區(qū)域特有特征，例如確定變形范圍的區(qū)域特有參數(shù)，來手動調(diào)整所述幾何模型以適應(yīng)所述圖像數(shù)據(jù)，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(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)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