專利名稱：一種重建人體器官三維表面的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖形圖像模擬技術(shù)，特別是涉及一種重建人體器官三維表面的 方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腔體重建技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的手術(shù)治療過程中非常重要，腔體建模的精確度直接影響手術(shù)效果。例如在心律不齊射頻消融手術(shù)中，心腔標(biāo)測(cè)是通過^r測(cè)心腔 內(nèi)各點(diǎn)電生理信息來確定心臟內(nèi)異常的電傳導(dǎo)通路；心腔三維電解剖標(biāo)測(cè)是在 心腔標(biāo)測(cè)的基礎(chǔ)上，同時(shí)采集心腔內(nèi)各點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)建心臟內(nèi)腔的三 維幾何模型，再疊加上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電生理信息，作為醫(yī)生進(jìn)一步對(duì)患者進(jìn)行診斷 和治療的依據(jù)?，F(xiàn)有的技術(shù)為使用一個(gè)侵入心臟的導(dǎo)管，其上有探測(cè)心臟電活動(dòng)的電極和 探測(cè)導(dǎo)管在外加磁場(chǎng)中空間位置的傳感器，由醫(yī)生在短時(shí)間內(nèi)在心腔內(nèi)壁的不 同位置采集一組空間點(diǎn)集。這些釆樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)中包括空間坐標(biāo)的信息，需要計(jì) 算機(jī)通過特定的算法，依據(jù)這些位置數(shù)據(jù)繪制出模擬的心腔內(nèi)壁的解剖結(jié)構(gòu)。 因此，曲面重建的過程是針對(duì)這些不包含被掃描曲面任何拓樸信息的采樣點(diǎn) 數(shù)據(jù)，重建算法必須從相互間無任何關(guān)聯(lián)信息的離散數(shù)據(jù)中恢復(fù)被掃描曲面原 有的拓樸關(guān)系。目前比較成熟實(shí)用的重建算法包括①基于Delaunay剖分、Voronoi圖和 中軸變換的系列算法，如Sculpturing算法、Power Crust算法、Cocone算法以 及Alpha Shapes算法等；②直接重建算法如Ball-Pivoting算法等。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 由于器官表面釆集空間點(diǎn)的技術(shù)復(fù)雜性，導(dǎo)致獲得的采樣點(diǎn)集較稀疏，而上述 現(xiàn)有的成熟算法很難獲取滿意的重建曲面模型。例如，在左心房的電解剖標(biāo)測(cè) 過程中，肺靜脈口的標(biāo)測(cè)對(duì)部分房顫消融治療非常關(guān)4建，雖然Power Crust和 Cocone等算法可以精確重建多分叉的復(fù)雜表面模型，但這些算法要求點(diǎn)集的 采樣點(diǎn)密度高。而在實(shí)際的心腔標(biāo)測(cè)過程中，在電磁跟蹤系統(tǒng)的引導(dǎo)下，由于 手術(shù)時(shí)間限制和心腔內(nèi)采樣操作的難度，采樣點(diǎn)的密度不能滿足這些算法的要5求。因此，這些算法無法適用于人體器官表面的重建。美國(guó)的一份專利號(hào)為US 2001(0009974 Al的申請(qǐng)也公開了一種腔體表面 重建方法，是在三維空間內(nèi)構(gòu)建一個(gè)包圍所有采樣點(diǎn)的二次曲面，4艮據(jù)采樣點(diǎn) 的空間分布特征，將網(wǎng)格點(diǎn)向?qū)嶋H采樣點(diǎn)方向移動(dòng)，使網(wǎng)格不斷向內(nèi)收縮，使 重建表面逐步逼近于真實(shí)腔體表面。這種方法雖然適用于采樣點(diǎn)稀疏的人體器 官表面建模，但缺點(diǎn)在于重建曲面的角點(diǎn)、脊線和邊緣銳利，不符合器官腔 體的自然光滑連續(xù)的特性；而且，由于該算法需要構(gòu)造初始封閉二次曲面，它 僅能重建與封閉二次曲面(如球面)同態(tài)的單腔體，不能同時(shí)重建分支器官腔 體，臨床應(yīng)用具有很大的局限性。綜上所述，對(duì)于人體器官表面的重建，由于采樣點(diǎn)稀疏的特性，現(xiàn)有的一 些成熟算法只在理論上成立；而對(duì)于上述美國(guó)專利的方法，存在模擬不光滑、 不能重建多分叉復(fù)雜器官腔體的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種重建人體器官三維表面的方法及 系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的腔體表面重建方法存在模擬不光滑、不能重建多分叉復(fù)雜 器官腔體的問題。為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下 技術(shù)方案一種重建人體器官三維表面的方法，包括 采集器官表面若干個(gè)點(diǎn)的空間位置信息； 添加一個(gè)或多個(gè)包含空間位置信息的約束點(diǎn)； 根據(jù)所述采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)造并求解一個(gè)函數(shù)； 將所有與采樣點(diǎn)的函數(shù)值相同的點(diǎn)進(jìn)行等值面提取，得到所述器官的重建曲面。其中，所述約束點(diǎn)可以在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的外部添加，或者在采樣點(diǎn) 所包絡(luò)的空間的內(nèi)部添加，或者在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi)部和外部同時(shí)添 加。其中，所述約束點(diǎn)的空間位置信息根據(jù)采樣點(diǎn)的空間位置信息計(jì)算獲得， 或者通過人機(jī)交互式選擇的方式獲得。其中，如果是有分支的器官，則所述分支部位的約束點(diǎn)的空間位置可通過 采樣獲得。其中，在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)定采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的函數(shù)值，其中采樣點(diǎn)的函數(shù) 值相同，約束點(diǎn)的函數(shù)值根據(jù)其在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間范圍內(nèi)的位置進(jìn)行漸 變。其中，所述函數(shù)由一組徑向基函數(shù)線性疊加而成。優(yōu)選的，所述等值面通過三角面網(wǎng)格簡(jiǎn)化的方法予以提取。所述三角面網(wǎng)格簡(jiǎn)化的方法包括建立一個(gè)涵蓋采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的三 維網(wǎng)格；計(jì)算所述函數(shù)在所有網(wǎng)格頂點(diǎn)上的函數(shù)值；根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)函數(shù)值的差 異，確定與采樣點(diǎn)函數(shù)值相同的等值隱式曲面所經(jīng)過的單元格；對(duì)所確定的所 有單元格進(jìn)行計(jì)算，求解出所述等值隱式曲面與所述單元格相交形成的一個(gè)或 多個(gè)三角面，最終獲得由三角面網(wǎng)格表示的等值面，即重建的器官曲面。其中，所述采樣點(diǎn)可在器官腔體的內(nèi)表面采集，也可在器官腔體的外表面 采集。其中，所述采樣點(diǎn)的采集可通過電磁場(chǎng)、微波或聲波的探測(cè)方法采集。優(yōu)選的，所述采樣點(diǎn)的數(shù)量為20 200個(gè)。優(yōu)選的，所述約束點(diǎn)的數(shù)量為6 70個(gè)。一種重建人體器官三維表面的系統(tǒng)，包括信息釆集裝置，用于采集器官表面若干個(gè)點(diǎn)的空間位置信息；信息處理裝置，包括函數(shù)構(gòu)造及求解單元，用于添加一個(gè)或多個(gè)包含空間位置信息的約束 點(diǎn)，并根據(jù)所述采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)造及求解一個(gè)函數(shù)；曲面重建單元，用于將所有與釆樣點(diǎn)的函數(shù)值相同的點(diǎn)進(jìn)行等值面提 取，得到所述器官的重建曲面。其中，所述函數(shù)構(gòu)造及求解單元在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的外部添加約束 點(diǎn)，或者在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi)部添加約束點(diǎn)，或者在釆樣點(diǎn)所包絡(luò)的空 間的內(nèi)部和外部同時(shí)添加約束點(diǎn)。其中，所述約束點(diǎn)的空間位置信息才艮據(jù)采樣點(diǎn)的空間位置信息計(jì)算獲得， 或者通過人機(jī)交互式選擇的方式獲得。其中，如果是有分支的器官，則所述分支部位的約束點(diǎn)的空間位置通過信 息采集裝置獲得。其中，所述函數(shù)構(gòu)造及求解單元在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)定采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的函 數(shù)值，其中釆樣點(diǎn)的函數(shù)值相同，約束點(diǎn)的函數(shù)值根據(jù)其在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空 間范圍內(nèi)的位置進(jìn)行漸變。其中，所述函數(shù)構(gòu)造及求解單元構(gòu)造的函數(shù)由一組徑向基函數(shù)線性疊加而成。優(yōu)選的，所述曲面重建單元包括網(wǎng)格建立模塊，用于建立一個(gè)涵蓋釆樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的三維網(wǎng)格，并計(jì) 算所述函數(shù)在所有網(wǎng)格頂點(diǎn)上的函數(shù)值；隱式曲面確定模塊，用于根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)函數(shù)值的差異，確定與采樣點(diǎn)函數(shù) 值相同的等值隱式曲面所經(jīng)過的單元格；等值面確定模塊，用于對(duì)所確定的所有單元格進(jìn)行計(jì)算，求解出所述等值 隱式曲面與所述單元才各相交形成的 一個(gè)或多個(gè)三角面，最終獲得由三角面網(wǎng)桔^ 表示的等值面，即重建的器官曲面。其中，所述信息釆集裝置可在器官腔體的內(nèi)表面采集采樣點(diǎn)，也可在器官 腔體的外表面采集采樣點(diǎn)。優(yōu)選的，所述采樣點(diǎn)的數(shù)量為20~200個(gè)。優(yōu)選的，所述約束點(diǎn)的數(shù)量為6~70個(gè)。其中，所述信息采集裝置為電磁場(chǎng)探測(cè)裝置、或微波探測(cè)裝置、或聲波探 測(cè)裝置。其中，所述電磁場(chǎng)探測(cè)裝置為頭部安裝有三維定位傳感器的導(dǎo)管，其中所 述傳感器基于電磁感應(yīng)或基于電場(chǎng)定位。其中，所述導(dǎo)管頭部采集的三維位置可以由三維定位傳感器直接獲得，也 可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的三維定位傳感器通過插值獲得。根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果本發(fā)明提供了一種重建人體器官三維表面的方法及系統(tǒng)，針對(duì)器官腔體表 面采集的空間點(diǎn)集稀疏的特性，通過補(bǔ)充器官腔內(nèi)和腔外的約束點(diǎn)，并構(gòu)造一 個(gè)函數(shù)，使采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)都滿足相應(yīng)的約束條件，然后求解函數(shù)得到函數(shù)表達(dá)式，由于所有具有相同函數(shù)值的點(diǎn)構(gòu)成了該函數(shù)的一個(gè)隱式曲面，所以根據(jù) 約束條件進(jìn)行等值面提取，就可以得到經(jīng)過所有采樣點(diǎn)的腔體重建曲面。_ 本發(fā)明通過約束條件求解函數(shù)表達(dá)式，由于不需要構(gòu)造初始封閉曲面，對(duì) 重建對(duì)象的空間形態(tài)無特殊要求，因此可以精確重建出多分叉的復(fù)雜器官表面 模型。而且，重建曲面是空間高階曲面，光順連續(xù)，符合器官自然狀態(tài)下光滑連續(xù)的特性；并且在等值面提取時(shí)，根據(jù)對(duì)網(wǎng)格大小的控制，可以獲得非常光 滑的曲面模型，精確逼近原始腔體的幾何形態(tài)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中心腔三維電解剖標(biāo)測(cè)的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述重建人體器官三維表面的方法流程圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中所采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的二維分布示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中內(nèi)部和外部約束點(diǎn)的分布示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中建立的包絡(luò)腔體曲面的網(wǎng)格示意圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中腔體曲面所經(jīng)過的單元格示意圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中穿越單元格繪制腔體曲面的示意圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中由所有三角面拼接構(gòu)成的腔體曲面的示意圖； 圖9是本發(fā)明實(shí)施例所述重建人體器官三維表面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖10是本發(fā)明實(shí)施例中邊界體素與等值面相交的多邊形網(wǎng)格生成方式示 意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供了一種重建人體器官三維表面的方法及系統(tǒng)，適用于重建采樣 點(diǎn)稀疏的器官腔體，可以精確重建出多分叉的復(fù)雜器官表面模型，并且可以獲 得非常光滑的曲面模型，精確逼近原始腔體的幾何形態(tài)。本發(fā)明在圖像導(dǎo)航的 微創(chuàng)傷手術(shù)中有重要應(yīng)用，構(gòu)建的內(nèi)腔模型可以在手術(shù)初期完成，并在隨后的 手術(shù)過程中為醫(yī)生提供導(dǎo)管的所在位置，提高手術(shù)成功率，減少手術(shù)時(shí)間。下面具體說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程，仍以心腔模擬為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明同樣適用于其他單腔體和多分叉的復(fù)雜腔體的重建。 參照?qǐng)D1，是心腔三維電解剖標(biāo)測(cè)的亍意圖。醫(yī)生將一根導(dǎo)航導(dǎo)管1經(jīng)由血管送入心臟2的內(nèi)腔，并在體外操作導(dǎo)管，使其大頭端3與心腔內(nèi)壁4相接觸。導(dǎo)管大頭端3內(nèi)部包含有位置傳感器5， 能夠檢測(cè)到固定在外部的磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并將接收的信息傳送給處理 器，由處理器根據(jù)來自傳感器的信息計(jì)算出導(dǎo)管大頭端3與心臟內(nèi)壁相接觸部 位6相對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生器的空間位置。通常，醫(yī)生會(huì)在手術(shù)過程中操縱導(dǎo)管1， 在其感興趣的心腔內(nèi)部各個(gè)部位采集多個(gè)點(diǎn)，通常多于50個(gè)。在采集這些點(diǎn) 時(shí)，除了采集導(dǎo)管大頭端3的位置信息外，還會(huì)通過導(dǎo)管頭端3的其他功能部 件來采集如心電信號(hào)等生理信息。采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)被存放在計(jì)算機(jī)中，處理器根 據(jù)采樣點(diǎn)中包含的位置數(shù)據(jù)，通過插值算法擬合出模擬的心腔內(nèi)壁的三維曲面 模型，通過在曲面模型上疊加對(duì)應(yīng)部位的電生理數(shù)據(jù)，獲取心腔的三維電解剖 標(biāo)測(cè)圖。參照?qǐng)D2，是本發(fā)明實(shí)施例所述重建人體器官三維表面的方法流程圖。為 描述簡(jiǎn)便，下面以二維計(jì)算為例進(jìn)行說明，三維情況可根據(jù)二維情形進(jìn)行拓展。步驟201,按照?qǐng)D1所示的方式采集若干點(diǎn)，這些點(diǎn)用于創(chuàng)建心腔表面。 所有這些點(diǎn)都包含有由傳感器感應(yīng)外加磁場(chǎng)而采集到的坐標(biāo)，代表了導(dǎo)管頭端 在真實(shí)空間中的位置，位置坐標(biāo)有x坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)。參照?qǐng)D3所示， 是所采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布示意圖(以二維表示)。通常會(huì)采集至少50個(gè)釆 樣點(diǎn)，本實(shí)施例假設(shè)有十個(gè)采樣點(diǎn)SI, S2......SIO。為了方《更理解，這些采樣點(diǎn)都畫在了二維平面上。需要說明的是，所述采樣點(diǎn)可在器官腔體內(nèi)表面采集，而對(duì)于需要采集器 官外表面點(diǎn)的應(yīng)用，也可在器官腔體外表面采集。優(yōu)選的，所述采樣點(diǎn)的數(shù)量 為20 200個(gè)，即可滿足重建算法的需要；并且，根據(jù)構(gòu)造的函數(shù)，約束點(diǎn)的 數(shù)量通常為采樣點(diǎn)的1/3左右即可用于求解，所以所述約束點(diǎn)的數(shù)量為6~70 個(gè)。步驟202，根據(jù)所述采樣點(diǎn)的空間位置信息添加約束點(diǎn)，所述約束點(diǎn)的取 值作為函數(shù)的約束條件。這些約束點(diǎn)用于構(gòu)造曲面重建函數(shù)，需要在腔體的內(nèi) 部和外部分別選取若干點(diǎn)作為約束點(diǎn)。所述約束點(diǎn)的空間位置信息根據(jù)采樣點(diǎn)的空間位置信息計(jì)算獲得，或者通過人機(jī)交互式選擇的方式獲得。所述人機(jī)交 互式選_擇的方式是指通過鼠標(biāo)或鍵盤等操作方式選擇添加約束點(diǎn)。本步驟可分為以下兩個(gè)子步驟 步驟a,添加內(nèi)部約束點(diǎn)的步驟計(jì)算出采樣點(diǎn)空間點(diǎn)集的重心，作為一個(gè)目標(biāo)重建曲面內(nèi)部的約束點(diǎn)，約 束點(diǎn)上的取值即作為函數(shù)的約束條件。參照?qǐng)D4所示，通過對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)x、 y、 z分別求平均，可以得出這些點(diǎn)所包圍成的圖形的幾何中心O(Xo, yo， z0)。需要說明的是，如果腔體是一個(gè)單腔體，則可以將按照步驟a計(jì)算出的幾 何中心作為一個(gè)內(nèi)部約束點(diǎn)；如果腔體是一個(gè)復(fù)雜的分支器官，則需要按照?qǐng)D 1所示的方式在器官分支處采集數(shù)據(jù)點(diǎn)作為內(nèi)部約束點(diǎn)，此時(shí)內(nèi)部約束點(diǎn)的空 間位置即通過采樣獲得。步驟b,添加外部約束點(diǎn)的步驟對(duì)所有采樣點(diǎn)的x、 y、 z坐標(biāo)進(jìn)行排序，找出最大值和最小值，并向外擴(kuò) 展，取若干個(gè)位于待重建曲面外部的約束點(diǎn)，約束點(diǎn)上的取值即作為函數(shù)的約 束條件。參照?qǐng)D4所示，找出十個(gè)采樣點(diǎn)的x坐標(biāo)中的最小值x^， x坐標(biāo)中的最 大值 坐標(biāo)中的最小值ymin, y坐標(biāo)中的最大值yn^， z坐標(biāo)中的最小值z(mì)min, z坐標(biāo)中的最大值z(mì)max?？梢远x出如下八個(gè)點(diǎn)(圖4僅列出了 二維的4 個(gè)點(diǎn))t;("圓_ (少麵—力,(z匪—力) ， K ((x墮+力,(ymin—力,(z誦—J》 ， ，鵬+力,d +")，U) ， r4((xmin -, K ((、 _力,(3Vn —力,(zmax +力) ， K ((x脆+力,(jmin —力,(zmax +力) ， r7((xmin —力，(y籠+力,(2脆+力)， r8((xmax +"),0^股+"),(zmax +力) 。上式中，d代表一段長(zhǎng)度，可以取10mm,也可以取其它數(shù)值。以這八個(gè) 點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)外延的長(zhǎng)方體，包圍了所有的釆樣點(diǎn)。需要說明的是，包圍所有采樣點(diǎn)的外圍形狀可以有多種任意形式，不一定 是長(zhǎng)方體，也不一定取其8個(gè)端點(diǎn)，只要該幾何體能包絡(luò)所有采樣點(diǎn)即可，本 發(fā)明在此不作限定。步驟203，構(gòu)造一個(gè)函數(shù)，使所述釆樣點(diǎn)和約束點(diǎn)都滿足相應(yīng)的約束條件。本實(shí)施例中，構(gòu)建了一個(gè)以空間坐標(biāo)為參數(shù)的函數(shù)F, f在空間中某一點(diǎn)上具有如下形式<formula>formula see original document page 12</formula>其中，-W是徑向基函數(shù)，有多種可選的徑向基函數(shù)，優(yōu)選的是-WH4， w是各徑向基函數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。a是該點(diǎn)的坐標(biāo)，在采樣點(diǎn)Si上， "=《=(《+57+57)，則以A代表Sj點(diǎn)對(duì)Si作用的徑向基函數(shù)，A=-(S-A), i^^P<formula>formula see original document page 12</formula>。由上述公式可知，該函數(shù)由一組徑向基函數(shù)線性疊 力口而成。此外，在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)定釆樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的函數(shù)值，其中采樣點(diǎn)的函數(shù) 值相同，約束點(diǎn)的函數(shù)值根據(jù)其在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間范圍內(nèi)的位置進(jìn)行漸 變。例如，規(guī)定內(nèi)部約束點(diǎn)O點(diǎn)的函數(shù)值為1，外部約束點(diǎn)Tb T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 T7、 Ts的函數(shù)值為-l，所有的采樣點(diǎn)上的函數(shù)值為0。將這些點(diǎn)的函 數(shù)值作為約束條件帶入該函數(shù)，得到一個(gè)以"為自變量的線性方程組，如下<formula>formula see original document page 12</formula>上述人為地規(guī)定函數(shù)/在三維表面內(nèi)部和外部的函數(shù)值符號(hào)相反，本實(shí)施例中取l、 0、 -l是為了計(jì)算方便，當(dāng)然也可以取其他數(shù)值。函數(shù)/也可以有其它的表達(dá)式，例如將式中的線性項(xiàng)去掉，得 /(")=2>,"-A)。其中的徑向基函數(shù)^w也可以是其它形式，如""= 。乂步驟204,通過所述約束條件求解該函數(shù)，得到該函數(shù)的表達(dá)式。通過成熟的算法對(duì)該線性方程組進(jìn)行數(shù)值求解得出一組W和P,進(jìn)而得出 /的表達(dá)式。上述函數(shù)定義了多個(gè)隱式曲面，所有具有相同函數(shù)值的點(diǎn)構(gòu)成了 該函數(shù)的一個(gè)隱式曲面。在整個(gè)空間中，所有函數(shù)值等于O的點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)封閉 的曲面，即滿足表達(dá)式/ = 0的/隱式曲面。所有的采^f點(diǎn)都在該隱式曲面上， 該隱式曲面即所求的對(duì)所有采樣點(diǎn)插值得出的腔體曲面。通過約束條件求解函數(shù)表達(dá)式的各參數(shù)，是一個(gè)變分法問題，即采用變分 法數(shù)值求解該函數(shù)。由于目前求解線性方程組的方法已十分成熟，本發(fā)明在此 不作詳細(xì)i兌明。通過以上步驟，僅得到了描述該曲面的函數(shù)，還需要根據(jù)約束條件進(jìn)行等 值面提取，得到經(jīng)過所有采樣點(diǎn)的腔體重建曲面。所述等值面提取即提取出/ = 0的隱式曲面，具體包括如下幾個(gè)步驟步驟205,建立一個(gè)包絡(luò)腔體曲面的三維網(wǎng)格，并計(jì)算所述函數(shù)在所有格 點(diǎn)上的函數(shù)值。參照?qǐng)D5，是建立的包絡(luò)腔體曲面的網(wǎng)格示意圖。將空間沿著坐標(biāo)軸方向 正交劃分為若干個(gè)大小相等的立方體單元格，形成一個(gè)三維的網(wǎng)格。圖中，立 方體已經(jīng)簡(jiǎn)化表示為平面上的正方形。單元格的邊長(zhǎng)是一個(gè)較小的數(shù)值，可以 由使用者自行設(shè)定，通常單元格的邊長(zhǎng)越小意味著最終的模擬曲面表面越光 滑。然后，計(jì)算機(jī)根據(jù)網(wǎng)格上各個(gè)格點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算出函數(shù)/在各個(gè)格點(diǎn) 上的函數(shù)值。步驟206,根據(jù)格點(diǎn)的函數(shù)值及約束條件，選取腔體曲面所經(jīng)過的單元格。參照?qǐng)D6，是腔體曲面所經(jīng)過的單元格示意圖。本實(shí)施例中預(yù)定義曲面內(nèi) 部約束點(diǎn)和外部約束點(diǎn)的取值符號(hào)正相反，數(shù)學(xué)上可以證明，如果某個(gè)單元格 的八個(gè)頂點(diǎn)的函數(shù)值的正負(fù)號(hào)不一致，即既有正值又有負(fù)值，函數(shù)值為0的隱 式曲面必然經(jīng)過該單元格。因此，通過計(jì)算所有網(wǎng)格格點(diǎn)上的函數(shù)值，并利用 所述約束條件，就可以找出滿足在其八個(gè)格點(diǎn)上函數(shù)值正負(fù)符號(hào)不一致的所有 單元格，這些單元格即為穿越腔體曲面的單元格。此時(shí)，得到的是一個(gè)由立方體單元格表示的近似曲面，如果要精確模擬腔 體曲面，還需要對(duì)所述近似曲面進(jìn)行處理。步驟207,對(duì)穿越曲面的每一單元格進(jìn)行計(jì)算，繪制出由三角面網(wǎng)格表示的腔體重建曲面。參照?qǐng)D7，是穿越單元格繪制腔體曲面的示拿圖。每個(gè)被選中的單元格必 然和若干個(gè)同樣滿足條件的單元格相鄰。計(jì)算機(jī)會(huì)通過預(yù)先設(shè)置的算法，根據(jù) 各個(gè)單元格與周圍單元格相鄰的情況，在每個(gè)單元格內(nèi)繪制一個(gè)穿越該單元格 的截面。由于所求曲面的內(nèi)部點(diǎn)和外部點(diǎn)的函數(shù)值符號(hào)相反，所以根據(jù)單元格 每個(gè)頂點(diǎn)的正負(fù)號(hào)，根據(jù)等值面與單元格各條邊交點(diǎn)的分布，可以用一個(gè)或多 個(gè)三角面表達(dá)等值面與單元格的相交的截面。等值面是所有具有某個(gè)相同屬性值空間點(diǎn)的集合。如果三維數(shù)據(jù)場(chǎng) 一點(diǎn) "K z)的標(biāo)量屬性值記為少,z),那么等值面可以表示為{(x,;;, z) I /0,;;, z) = w a洲其中m"g/c是:^殳定的屬性閾值。等值面是嵌入三維空間的曲面，當(dāng)曲面與 某個(gè)體素單元格相交時(shí)，交面是一塊或多塊曲面片，Marching Cubes算法(以 下簡(jiǎn)稱MC算法)的根本思想是用等值面與六面體體素邊的交點(diǎn)連接成封閉多 邊形，用該多邊形逼近曲面與體素相交而形成的曲面片。并不是三維離散數(shù)據(jù) 場(chǎng)中的全部體素都與等值面相交，當(dāng)體素八個(gè)頂點(diǎn)的屬性值都大于或者都小 于mflg/c時(shí)，該體素與等值面沒有交面；只有那些既有大于附化z'c的頂點(diǎn)又有小 于m^/c的頂點(diǎn)的體素才含有等值面的逼近面片，稱這樣的體素為邊界體素。圖io列出邊界體素與等值面相交的多邊形網(wǎng)格生成方式。步驟208，最終，所有的三角面拼接構(gòu)成了一個(gè)封閉的立體表面，即為所 求的三維重建曲面。參照?qǐng)D8，是由所有三角面拼接構(gòu)成的腔體曲面的示意圖。由于按照上述方法生成的重建曲面沒有考慮原始曲面的幾何形態(tài)，三角面 網(wǎng)格密度僅依賴于空間立方體網(wǎng)格的密度，所有重建后的三角面數(shù)量巨大，影 響后續(xù)曲面顯示和分析計(jì)算的效率。所以優(yōu)選地，本發(fā)明采用三角面網(wǎng)格精簡(jiǎn) 的算法減少重建模型中的三角面網(wǎng)格數(shù)目。網(wǎng)格模型簡(jiǎn)化的本質(zhì)是在盡可能保持原始模型特征的情況下，最大限度 地減少原始模型的三角面和頂點(diǎn)的數(shù)目。眾多的簡(jiǎn)化算法中，具有代表性的實(shí) 用算法有①Schroeder的頂點(diǎn)刪除算法；②Garland頂點(diǎn)對(duì)收縮法；③Hoppe級(jí) 進(jìn)網(wǎng)格(Progressive Mesh)細(xì)4匕方法。Schroeder簡(jiǎn)化算法首先利用各頂點(diǎn)的局部幾何和拓樸信息將各頂點(diǎn)分類，然后根據(jù)不同頂點(diǎn)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)決定該頂點(diǎn)是否可以刪除。如果可以刪除， 則采用遞歸法_對(duì)刪除頂點(diǎn)后所留下的空洞進(jìn)行三角剖分，否則保留該頂點(diǎn)。該
方法特別適用于Marching Cubes算法獲得的三角面網(wǎng)格簡(jiǎn)化計(jì)算，簡(jiǎn)化后三 角面網(wǎng)格的頂點(diǎn)集合是原始網(wǎng)格頂點(diǎn)集合的子集，簡(jiǎn)化過程中不產(chǎn)生新的頂 點(diǎn)，也不改變?cè)柬旤c(diǎn)的位置。Schroeder簡(jiǎn)化算法保留原始網(wǎng)格的拓樸結(jié)構(gòu)， 這一點(diǎn)對(duì)醫(yī)學(xué)圖象目標(biāo)組織三維重建非常重要，但不改變?cè)柬旤c(diǎn)幾何位置產(chǎn) 生新的問題是簡(jiǎn)化后的模型中存在許多"狹長(zhǎng)"的三角面，網(wǎng)格的幾何形態(tài)較 差。
Garland算法是頂點(diǎn)對(duì)合并的簡(jiǎn)化方法。頂點(diǎn)對(duì)中兩個(gè)頂點(diǎn)不一定在模型 上的同一條邊上。Garland算法認(rèn)為網(wǎng)格中每個(gè)頂點(diǎn)是包含該頂點(diǎn)的全部三角 面的交點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)頂點(diǎn)確定一個(gè)與各三角面法矢量及空間位置相關(guān)的二次矩 陣e,空間任一點(diǎn)v到該頂點(diǎn)所屬的各個(gè)三角面的垂直距離平方和為7ev。當(dāng) 一對(duì)頂點(diǎn)v,，^合并以后，得到一個(gè)新的頂點(diǎn)^，設(shè)這一對(duì)頂點(diǎn)v,，,分別對(duì)應(yīng)二
次矩陣0和込，頂點(diǎn)F取代和這兩個(gè)頂點(diǎn)所產(chǎn)生的誤差分別為,2^和^込f ， Garland將^af + ^込i7定義為合并頂點(diǎn)對(duì)v,，^的誤差代價(jià)。根據(jù)誤差代價(jià)建立
可合并點(diǎn)對(duì)的優(yōu)先隊(duì)列(Priority Queue),從隊(duì)列中每合并一個(gè)點(diǎn)對(duì)后，更新優(yōu) 先隊(duì)列。采用優(yōu)先隊(duì)列，每次合并誤差代價(jià)最小的點(diǎn)對(duì)，直到滿足三角面數(shù)目 的最終要求。釆用完全二叉樹堆構(gòu)造優(yōu)先隊(duì)列，隊(duì)列的插入、刪除和更新操作 的時(shí)間復(fù)雜度較低，網(wǎng)格簡(jiǎn)化的運(yùn)算速度快。Garland算法可以改變網(wǎng)格原始 頂點(diǎn)的幾何位置，改變?cè)季W(wǎng)格的拓樸結(jié)構(gòu)，并可以通過對(duì)導(dǎo)致"狹長(zhǎng)"三角 面的點(diǎn)對(duì)合并進(jìn)行懲罰，從而產(chǎn)生的網(wǎng)格的三角面幾何形態(tài)較優(yōu)。雖然Garland 算法改變網(wǎng)格的拓樸結(jié)構(gòu)，但它可以對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行級(jí)進(jìn)式簡(jiǎn)化，有利于模型的多 分辨率表示和網(wǎng)絡(luò)傳輸。
本發(fā)明采用Garland算法對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)改進(jìn)誤差計(jì)算方法，保持 網(wǎng)格中特征邊，保留原始網(wǎng)格的拓樸結(jié)構(gòu)，并以誤差最小為原則，設(shè)定簡(jiǎn)化后 模型的頂點(diǎn)與原始模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)的比例，優(yōu)選選擇25%~75%,使得簡(jiǎn)化模型 與原始模型之間的誤差最小。最終獲得的網(wǎng)格中三角面的數(shù)目依賴于曲面本身 的幾何形態(tài)，與原始采樣點(diǎn)分布無關(guān)，曲面曲率大的區(qū)域，面網(wǎng)格密度大，曲 率小的平坦區(qū)域面網(wǎng)格密度低。參照?qǐng)D8，是由所有三角面拼接構(gòu)成的腔體曲面的示意圖。
上述重建過程中，由于等值面提取時(shí)可以對(duì)網(wǎng)格大小進(jìn)行控制，所以能夠 獲得非常光滑的曲面模型，精確逼近原始腔體的幾何形態(tài)。而且，重建曲面是 空間高階曲面，光順連續(xù)，符合器官自然狀態(tài)下光滑連續(xù)的特性。
本發(fā)明在滿足光滑模擬的條件下，還能夠重建多分支的復(fù)雜器官腔體表 面。因?yàn)楸景l(fā)明是通過約束條件求解函數(shù)表達(dá)式，不需要構(gòu)造初始封閉曲面， 對(duì)重建對(duì)象的空間形態(tài)無特殊要求，并且通過在腔體分叉部位添加約束點(diǎn)，可 以精確重建出多分叉的復(fù)雜器官表面模型。
本發(fā)明還提供了一種重建人體器官三維表面的系統(tǒng)實(shí)施例，參照?qǐng)D9，是 所述重建人體器官三維表面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。所述系統(tǒng)主要包括信息采集裝置
91和信息處理裝置92兩部分，其中信息采集裝置91負(fù)責(zé)從器官腔體表面采 集若干個(gè)采樣點(diǎn)的空間位置信息，信息處理裝置92負(fù)責(zé)利用這些采樣點(diǎn)信息 模擬出器官腔體表面模型。具體說明如下
在實(shí)際應(yīng)用中，信息采集裝置91通常由圖l所示的導(dǎo)航導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)管 頭部安裝有三維定位傳感器，導(dǎo)入人體在內(nèi)腔或器官表面處短暫停留來采集三
維位置信息，并將位置信息傳送給信息處理裝置92。導(dǎo)管頭部可以安裝一個(gè) 或多個(gè)三維定位傳感器，傳感器可以基于電磁感應(yīng)定位，也可以基于電場(chǎng)定位， 還可以釆用其他定位方式。而且，導(dǎo)管頭部釆集的三維位置可以由三維定位傳 感器直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的三維定位傳感器通過插值獲得。
信息處理裝置92主要包括函數(shù)構(gòu)造及求解單元921和曲面重建單元922。 其中，函數(shù)構(gòu)造及求解單元921負(fù)責(zé)根據(jù)所述采樣點(diǎn)的空間位置信息添加約束 點(diǎn)，并構(gòu)造一個(gè)函數(shù)，使所述釆樣點(diǎn)和約束點(diǎn)都滿足相應(yīng)的約束條件。這些約 束點(diǎn)包括腔體曲面的內(nèi)部約束點(diǎn)和外部約束點(diǎn)，約束點(diǎn)的取值作為函數(shù)的約束 條件，主要用于構(gòu)造曲面重建函數(shù)。其中，外部約束點(diǎn)利用腔體表面的采樣點(diǎn) 位置信息進(jìn)行計(jì)算即可獲得，而內(nèi)部約束點(diǎn)通常通過計(jì)算也可獲得，但如果是 復(fù)雜的分支腔體，則需要通過采樣獲得分支部位的位置信息作為內(nèi)部約束點(diǎn)。 外部約束點(diǎn)需要將重建對(duì)象全部包圍起來，而且包圍所有采樣點(diǎn)的外圍形狀也 可以有多種任意形式。添加約束點(diǎn)的詳細(xì)過程參照前述。
函數(shù)構(gòu)造及求解單元921構(gòu)造的函數(shù)由一組徑向基函數(shù)線性疊加而成，例如其中一種表達(dá)形式為
函數(shù)/也可以有其它的表達(dá)式。
通過對(duì)內(nèi)部約束點(diǎn)、外部約束點(diǎn)和腔體表面的采樣點(diǎn)進(jìn)行賦值，例如分別
取值為1、 -1、 0,得到一個(gè)以w為自變量的線性方程組，如前所示。
函數(shù)構(gòu)造及求解單元921還負(fù)責(zé)對(duì)所述線性方程組進(jìn)行求解，通過成熟的 算法對(duì)該線性方程組進(jìn)行數(shù)值求解得出一組"和P,進(jìn)而得出/的表達(dá)式。該 函數(shù)表示一組隱式曲面，其中所有具有相同函數(shù)值的點(diǎn)構(gòu)成了該函數(shù)的一個(gè)隱 式曲面，而/ = 0的隱式曲面即為所求的經(jīng)過所有采樣點(diǎn)的腔體曲面。
曲面重建單元922負(fù)責(zé)根據(jù)該函數(shù)表達(dá)式以及約束條件，重建出經(jīng)過所有 采樣點(diǎn)的腔體重建曲面。本實(shí)施例中，曲面重建單元922主要采用等值面提取 的方法獲得最終的三角面網(wǎng)格模型，曲面重建單元922進(jìn)一步包括網(wǎng)格建立模 塊a、隱式曲面確定模塊b和等值面確定模塊c。
其中，網(wǎng)格建立模塊a負(fù)責(zé)建立一個(gè)包絡(luò)腔體曲面的三維網(wǎng)格，并計(jì)算所 述函數(shù)在所有格點(diǎn)上的函數(shù)值，參照?qǐng)D5所示。
隱式曲面確定模塊b負(fù)責(zé)在所述三維網(wǎng)格中確定出腔體曲面所經(jīng)過的單 元格，參照?qǐng)D6所示。數(shù)學(xué)上可以證明，腔體曲面所經(jīng)過的單元格，其上各頂 點(diǎn)的函數(shù)值的正負(fù)號(hào)不一致。由于預(yù)定義曲面內(nèi)部約束點(diǎn)和外部約束點(diǎn)的取值 符號(hào)正相反，通過計(jì)算所有網(wǎng)格格點(diǎn)上的函數(shù)值，并利用所述約束條件，就可 以找出滿足在其八個(gè)格點(diǎn)上函數(shù)值正負(fù)符號(hào)不一致的所有單元格，這些單元格 即為穿越腔體曲面的單元格。
等值面確定模塊c負(fù)責(zé)對(duì)穿越曲面的每一單元格進(jìn)行計(jì)算，繪制出由三角 面網(wǎng)格表示的腔體重建曲面。在繪制曲面時(shí)，根據(jù)單元格與周圍相鄰的滿足同 樣條件的若干單元格之間的相對(duì)位置關(guān)系，在該單元格內(nèi)部繪制出橫截該單元 ;f各的三角面，參照?qǐng)D7所示。最終，所有的三角面拼接構(gòu)成了一個(gè)封閉的立體 表面，即為所求的三維重建曲面，參照?qǐng)D8所示。
圖9所示的腔體表面重建系統(tǒng)，針對(duì)采樣點(diǎn)稀疏的特性，通過在腔體分叉 部位添加約束點(diǎn)，能夠重建多分支的復(fù)雜器官腔體表面；而且通過控制三維網(wǎng)格的單元格大小，能夠獲得非常光滑的曲面模型，精確逼近原始腔體的幾何形 態(tài)。 、
圖9所示系統(tǒng)中未詳述的部分可以參見圖1-圖8所示方法的相關(guān)部分，為 了篇幅考慮，在此不再詳述。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種重建人體器官三維表面的方法及系統(tǒng)，進(jìn)行了
上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本 領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì) 有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種重建人體器官三維表面的方法，其特征在于，包括采集器官表面若干個(gè)點(diǎn)的空間位置信息；添加一個(gè)或多個(gè)包含空間位置信息的約束點(diǎn)；根據(jù)所述采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)造并求解一個(gè)函數(shù)；將所有與采樣點(diǎn)的函數(shù)值相同的點(diǎn)進(jìn)行等值面提取，得到所述器官的重建曲面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述約束點(diǎn)可以在采樣點(diǎn) 所包絡(luò)的空間的外部添加，或者在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi)部添加，或者在釆 樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi)部和外部同時(shí)添加。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述約束點(diǎn)的空間位 置信息根據(jù)采樣點(diǎn)的空間位置信息計(jì)算獲得，或者通過人機(jī)交互式選擇的方式 獲得。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于如果是有分支的器官， 則所述分支部位的約束點(diǎn)的空間位置可通過采樣獲得。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)定采樣 點(diǎn)和約束點(diǎn)的函數(shù)值，其中采樣點(diǎn)的函數(shù)值相同，約束點(diǎn)的函數(shù)值根據(jù)其在采 樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間范圍內(nèi)的位置進(jìn)行漸變。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述函數(shù)由一組徑向基函 凄t線性疊加而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述等值面通過三角面網(wǎng) 格簡(jiǎn)化的方法予以提取。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述三角面網(wǎng)格筒化的方 法包括建立一個(gè)涵蓋采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的三維網(wǎng)格； 計(jì)算所述函數(shù)在所有網(wǎng)格頂點(diǎn)上的函數(shù)值；根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)函數(shù)值的差異，確定與采樣點(diǎn)函數(shù)值相同的等值隱式曲面所 經(jīng)過的單元格；對(duì)所確定的所有單元格進(jìn)行計(jì)算，求解出所述等值隱式曲面與所述單元格相交形成的一個(gè)或多個(gè)三角面，最終獲得由三角面網(wǎng)格表示的等值面，即重建 的器官曲面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述采樣點(diǎn)可在器官腔體 的內(nèi)表面釆集，也可在器官腔體的外表面采集。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述采樣點(diǎn)的采集可通過 電磁場(chǎng)、微波或聲波的探測(cè)方法采集。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述釆樣點(diǎn)的數(shù)量為20-200個(gè)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述約束點(diǎn)的數(shù)量為6~70個(gè)。
13、 一種重建人體器官三維表面的系統(tǒng)，其特征在于，包括 信息釆集裝置，用于采集器官表面若干個(gè)點(diǎn)的空間位置信息； 信息處理裝置，包括函數(shù)構(gòu)造及求解單元，用于添加一個(gè)或多個(gè)包含空間位置信息的約束 點(diǎn)，并根據(jù)所述采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)造及求解一個(gè)函數(shù)；曲面重建單元，用于將所有與釆樣點(diǎn)的函數(shù)值相同的點(diǎn)進(jìn)行等值面提 取，得到所述器官的重建曲面。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述函數(shù)構(gòu)造及求解單 元在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的外部添加約束點(diǎn)，或者在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi) 部添加約束點(diǎn)，或者在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的內(nèi)部和外部同時(shí)添加約束點(diǎn)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述約束點(diǎn)的空間 位置信息根據(jù)采樣點(diǎn)的空間位置信息計(jì)算獲得，或者通過人機(jī)交互式選擇的方 式獲得。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其特征在于如果是有分支的器 官，則所述分支部位的約束點(diǎn)的空間位置通過信息采集裝置獲得。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述函數(shù)構(gòu)造及求解單 元在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)定采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的函數(shù)值，其中采樣點(diǎn)的函數(shù)值相同， 約束點(diǎn)的函數(shù)值根據(jù)其在采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間范圍內(nèi)的位置進(jìn)行漸變。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述函數(shù)構(gòu)造及求解單元構(gòu)造的函數(shù)由一組徑向基函數(shù)線性疊加而成。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曲面重建單元包括 網(wǎng)格建立模塊，用于建立一個(gè)涵蓋采樣點(diǎn)所包絡(luò)的空間的三維網(wǎng)格，并計(jì)算所述函數(shù)在所有網(wǎng)格頂點(diǎn)上的函數(shù)值；隱式曲面確定模塊，用于根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)函數(shù)值的差異，確定與采樣點(diǎn)函數(shù) 值相同的等值隱式曲面所經(jīng)過的單元格；等值面提取模塊，用于對(duì)所確定的所有單元格進(jìn)行計(jì)算，求解出所述等值 隱式曲面與所述單元格相交形成的一個(gè)或多個(gè)三角面，最終獲得由三角面網(wǎng)格 表示的等值面，即重建的器官曲面。
20、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信息采集裝置可在 器官腔體的內(nèi)表面采集釆樣點(diǎn)，也可在器官腔體的外表面采集釆樣點(diǎn)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述采樣點(diǎn)的數(shù)量為 20~200個(gè)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述約束點(diǎn)的數(shù)量為6~70個(gè)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信息釆集裝置為電 磁場(chǎng)探測(cè)裝置、或微波探測(cè)裝置、或聲波探測(cè)裝置。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電磁場(chǎng)探測(cè)裝置為 頭部安裝有三維定位傳感器的導(dǎo)管，其中所述傳感器基于電磁感應(yīng)或基于電場(chǎng)定位。
25、 根據(jù)權(quán)利要24所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)管頭部采集的三維 位置可以由三維定位傳感器直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的三維定位傳 感器通過插值獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供一種重建人體器官三維表面的方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的腔體表面重建方法存在重建曲面不光滑、不能重建多分叉復(fù)雜器官腔體的問題。所述方法包括采集器官表面若干個(gè)點(diǎn)的空間位置信息；添加一個(gè)或多個(gè)包含空間位置信息的約束點(diǎn)；根據(jù)所述采樣點(diǎn)和約束點(diǎn)的空間位置信息，構(gòu)造并求解一個(gè)函數(shù)；將所有與采樣點(diǎn)的函數(shù)值相同的點(diǎn)進(jìn)行等值面提取，得到所述器官的重建曲面。本發(fā)明可以精確重建出多分叉的復(fù)雜器官表面模型，而且可以獲得非常光滑的曲面模型，精確逼近原始腔體的幾何形態(tài)。
文檔編號(hào)G06T17/20GK101249019SQ20081003466
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者劉道志, 銘 葉, 孫毅勇 申請(qǐng)人:微創(chuàng)醫(yī)療器械(上海)有限公司