用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的方法。該方法包括獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域的表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點。該方法還包括限定邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點，以及構(gòu)造基于所述邊界盒的體元柵格，其中該體元柵格包括多個體元。該方法還包括使用例如α-包逼近技術(shù)從所述體元柵格的多個體元的某些中提取多面表面模型。該方法還可以包括多面表面模型的表面的削減和平滑中的一個或多個。本發(fā)明還提供了一種系統(tǒng)，其包括用于執(zhí)行前述方法的處理設(shè)備。
【專利說明】用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2011年12月28日提交的美國專利申請N0.13/338，381 (’ 381申請)以及2011年12月28日提交的美國專利申請N0.13/338，374(’ 374申請)的優(yōu)先權(quán)?！?81申請和’374申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此，如同在本文中將其完全闡述一樣。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維模型的系統(tǒng)和方法。更加特別地，本發(fā)明涉及一種計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)和方法，用于從對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域的多個個體表面模型來生成諸如心臟內(nèi)結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)的多維模型，所述多個個體表面模型結(jié)合在一起以形成單個的合成表面模型。
【背景技術(shù)】
[0004]眾所周知，各種基于計算機的系統(tǒng)和計算機實現(xiàn)的方法能夠用于生成諸如解剖結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型。更加具體而言，已經(jīng)使用各種系統(tǒng)和方法來生成心臟和/或其特定部分的多維表面模型。
[0005]一種傳統(tǒng)的方法或技術(shù)包括生成對應(yīng)特定結(jié)構(gòu)的感興趣的不同區(qū)域的多個個體表面模型，然后將這些個體表面模型結(jié)合在一起以形成單個的合成的多維表面模型。眾所周知，通過從相應(yīng)感興趣區(qū)域的表面上收集方位數(shù)據(jù)點，然后使用這些方位數(shù)據(jù)點來生成針對每個感興趣區(qū)域的個體表面模型，從而生成個體表面模型。
[0006]能夠使用多種技術(shù)從相應(yīng)方位數(shù)據(jù)點來生成個體表面模型，包括例如凸包逼近、星形域逼近、以及α形技術(shù)。一旦生成了個體表面模型，它們就結(jié)合在一起以形成單個的合成表面模型。一種可以將個體表面模型結(jié)合在一起的公知方法是通過執(zhí)行布爾運算(例如，使用布爾并集技術(shù))
[0007]然而，用于從使用方位數(shù)據(jù)點的集合生成的多個個體表面模型生成合成表面模型的傳統(tǒng)方法也不是沒有缺點。例如，通過將使用方位數(shù)據(jù)點的集合生成的個體表面模型結(jié)合形成的合成表面模型不能夠生成感興趣結(jié)構(gòu)的最精確表示。例如，個體表面模型不能夠以期望的細節(jié)度或精確度反映對應(yīng)的感興趣區(qū)域，或個體表面模型針對多維布爾運算可能并不理想。這些缺點中的任何一個都可能導致合成表面模型不能以期望的精確度反映感興趣結(jié)構(gòu)。
[0008]更加特別地，雖然像凸包逼近術(shù)和星形域逼近術(shù)的技術(shù)可以提供適于多維布爾運算的水密表面，使用這些技術(shù)產(chǎn)生的模型可能包括假陽性量，其誤表達收集方位數(shù)據(jù)點的實際區(qū)域。因此，由使用這些技術(shù)生成的個體表面模型組成的合成表面模型不具有期望的精確度或細節(jié)度。
[0009]類似的，雖然像α形技術(shù)的技術(shù)相比于凸包逼近術(shù)或星形域逼近術(shù)來說可以提供采集方位數(shù)據(jù)點的區(qū)域的更加精確的逼近，使用該技術(shù)產(chǎn)生的個體表面模型可以提供粗糙且非流形的表面。這樣，使用該類型技術(shù)生成的個體表面模型針對多維布爾運算來說是不理想的，并且需要額外地處理來說明符合要求的合成表面模型的生成中的非流形表面。
[0010]因此，本質(zhì)上使用方位數(shù)據(jù)點的集合形成的合成表面模型不能提供期望的精確度和/或需要不期望的量的額外處理，其增加了合成表面模型生成過程的復雜度以及執(zhí)行其所需的時長。
[0011]因此，本發(fā)明人已經(jīng)意識到對用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維模型的系統(tǒng)和方法的需求，其將最小化和/或消除傳統(tǒng)系統(tǒng)中的一個或多個缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明總體上涉及一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的系統(tǒng)和方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明及本發(fā)明教導的一個方面，提供了一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括處理設(shè)備。所述處理設(shè)備被配置為獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點。該處理設(shè)備還被配置為限定邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點。該處理設(shè)備進一步被配置為構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格，其中該體元柵格包括多個體元。該處理設(shè)備還被配置為從所述體元柵格的多個體元的某些中提取多面表面模型。在例證性實施例中，所述多面表面模型包括所述多個體元中這些體元的α-包逼近。
[0014]在例證性實施例中，該處理設(shè)備進一步被配置為削減多面表面模型的表面以從中移除多余的面，和/或使多面表面模型的表面平滑。在處理設(shè)備被配置為削減表面的例證性實施例中，該處理設(shè)備被配置為產(chǎn)生削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的多面表面模型的每個頂點。該處理設(shè)備還被配置為以優(yōu)選順序排列削減隊列中的頂點，以及選擇該隊列中的最高優(yōu)先級頂點。該處理設(shè)備進一步被配置為確定包含該最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含該最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點。該處理設(shè)備還被配置為通過從多面表面模型刪除最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至最高優(yōu)先級頂點的所述多面表面模型的所有邊緣移動至相鄰的頂點，從而來折疊最高優(yōu)先級邊緣。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的計算機實現(xiàn)方法。該方法包括獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域表面上各個方位的多個方位數(shù)據(jù)點。該方法進一步包括限定邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點。該方法還包括構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格，其中該體元柵格包括多個體元。該方法還包括從所述體元柵格的多個體元中的某些中提取多面表面模型。在例證性實施例中，所述提取步驟包括提取所述多個體元中這些體元的Ct -包逼近。
[0016]在例證性實施例中，該方法還包括削減多面表面模型的表面以從中移除多余的面，和/或使多面表面模型的表面平滑。在該方法包括削減表面的例證性實施例中，該方法進一步包括產(chǎn)生削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的多面表面模型的每個頂點。該方法還包括以優(yōu)選順序排列削減隊列中的頂點，以及選擇該隊列中的最高優(yōu)先級頂點。該方法還包括確定包含該最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含該最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點。該方法還包括通過從多面表面模型刪除最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至最高優(yōu)先級頂點的所述多面表面模型的所有邊緣移動至相鄰的頂點，從而來折疊最高優(yōu)先級邊緣。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于從多個多面表面生成幾何結(jié)構(gòu)的合成表面模型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括處理設(shè)備。所述處理設(shè)備被配置為限定邊界盒，其包含多個多面表面的每個頂點。該處理設(shè)備進一步被配置為構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格，其中該體元柵格包括多個體元。該處理設(shè)備還被配置為從所述體元柵格的多個體元的某些中提取合成表面模型。在例證性實施例中，該處理設(shè)備還被配置為使用移動立方體(MarchingCubes)算法提取合成表面模型。
[0018]在一個實施例中，該處理設(shè)備可以進一步被配置為生成多個多面表面。在例證性實施例中，該處理設(shè)備進一步被配置為削減合成多面表面模型的表面以從中移除多余的面，和/或使合成多面表面模型的表面平滑。在處理設(shè)備被配置為削減表面的實施例中，該處理設(shè)備還被配置為產(chǎn)生削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的合成多面表面模型的每個頂點。該處理設(shè)備進一步被配置為以優(yōu)選順序排列削減隊列中的頂點，以及選擇該隊列中的最高優(yōu)先級頂點。該處理設(shè)備還被配置為確定包含該最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含該最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點。該處理設(shè)備還被配置為通過從合成多面表面模型刪除最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至最高優(yōu)先級頂點的所述合成多面表面模型的所有邊緣移動至相鄰的頂點，從而來折疊最高優(yōu)先級邊緣。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種從多個多面表面生成幾何結(jié)構(gòu)的合成表面模型的方法。該方法包括限定邊界盒，其包含多個多面表面的每個頂點。該方法進一步包括構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格，其中該體元柵格包括多個體元。該方法還包括從所述體元柵格的多個體元的某些中提取合成表面模型。在例證性實施例中，該方法包括使用移動立方體算法提取合成表面模型。
[0020]在一個實施例中，該方法還包括生成多個多面表面。在例證性實施例中，該方法還包括削減合成多面表面模型的表面以從中移除多余的面，和/或使合成多面表面模型的表面平滑。在該方法包括削減表面的實施例中，該方法還包括生成削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的合成多面表面模型的每個頂點。該方法進一步包括以優(yōu)選順序排列削減隊列中的頂點，以及選擇該隊列中的最高優(yōu)先級頂點。該方法還包括確定包含該最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含該最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點。該方法還包括通過從合成多面表面模型刪除最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至最高優(yōu)先級頂點的所述合成多面表面模型的所有邊緣移動至相鄰的頂點，從而來折疊最高優(yōu)先級棱邊。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的計算機實現(xiàn)方法。該方法包括獲取第一和第二組方位數(shù)據(jù)點，其中所述第一組方位數(shù)據(jù)點包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點，以及所述第二組方位數(shù)據(jù)點包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點。在例證性實施例中，獲取步驟包括通過傳感器從幾何結(jié)構(gòu)的第一和第二區(qū)域的表面收集第一和第二組方位數(shù)據(jù)點。該方法進一步包括構(gòu)造分別對應(yīng)第一和第二組方位數(shù)據(jù)點的第一和第二體元柵格，其中每個體元柵格包括多個體元。該方法還包括從第一體元柵格的多個體元的某些中生成針對感興趣的第一區(qū)域的第一多維表面模型，以及從第二體元柵格的多個體元的某些中生成針對感興趣的第二區(qū)域的第二多維表面模型。在例證性實施例中，生成步驟包括分別從第一體元柵格的多個體元的某些以及第二體元柵格的多個體元的某些中計算α-包逼近。該方法還包括將第一和第二表面模型結(jié)合在一起以形成合成多維表面模型。在例證性實施例中，結(jié)合步驟包括計算第一和第二表面模型的布爾并集逼近。
[0022]在例證性實施例中，結(jié)合步驟包括構(gòu)造對應(yīng)包含第一和第二表面模型的第三體元柵格，其中第三體元柵格包括多個體元，并且從第三體元柵格的多個體元的某些中生成合成表面模型。
[0023]在合成表面模型包括多面表面的例證性實施例中，該方法進一步包括削減多面表面以從中移除多余的面，和/或使多面表面平滑。在第一和第二多維表面模型的每一個包括多面表面的例證性實施例中，該方法還包括削減第一和第二表面模型的多面表面，以從中移除多余的面，和/或使第一和第二表面模型的多面表面平滑。
[0024]本發(fā)明的前述和其他方面、特征、細節(jié)、效用、和優(yōu)點將通過閱讀如下說明書和權(quán)利要求書以及審閱附圖而變得顯而易見。
[0025]根據(jù)本發(fā)明和本發(fā)明教導的一個方面，提供了一種構(gòu)造對應(yīng)多個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒的計算機實現(xiàn)方法。該方法包括獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括多個所感測的方位數(shù)據(jù)點。該方法進一步包括針對每個所感測的方位數(shù)據(jù)點將至少一個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點。在例證性實施例中，添加步驟包括針對至少一個所感測的方位數(shù)據(jù)點將多個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點。在該實施例中，所添加的所計算的方位數(shù)據(jù)點可以沿對應(yīng)所感測的方位數(shù)據(jù)點的第一軸添加，或沿對應(yīng)所感測的方位數(shù)據(jù)點的多個軸添加。在任何情形中，該方法還包括限定三維邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個所感測和所計算的方位數(shù)據(jù)點。
[0026]在例證性實施例中，該方法還包括將邊界盒沿其至少一個軸擴展預定距離。在例證性實施例中，該擴展步驟包括將邊界盒沿其多個軸擴展預定距離?？梢詫⒃撨吔绾袛U展以使其呈現(xiàn)被構(gòu)造為對應(yīng)邊界盒的體元柵格的體元尺寸的整數(shù)倍尺寸。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于構(gòu)造對應(yīng)多個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括處理設(shè)備。該處理設(shè)備被配置為獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括多個所感測的方位數(shù)據(jù)點。該處理設(shè)備進一步被配置為針對每個所感測的方位數(shù)據(jù)點將至少一個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點。在例證性實施例中，該處理設(shè)備被配置為針對至少一個所感測的方位數(shù)據(jù)點將多個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點。在該實施例中，該處理設(shè)備可以被配置為沿對應(yīng)所感測的方位數(shù)據(jù)點的第一軸、或沿對應(yīng)所感測的方位數(shù)據(jù)點的多個軸添加所計算的方位數(shù)據(jù)點。在任何情形中，該處理設(shè)備還被配置為限定三維邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個所感測和所計算的方位數(shù)據(jù)點。
[0028]在例證性實施例中，該處理設(shè)備進一步被配置為將邊界盒沿其至少一個軸擴展預定距離。在例證性實施例中，該處理設(shè)備被配置為將邊界盒沿其多個軸擴展預定距離?？梢詫⒃撨吔绾袛U展以使其呈現(xiàn)被構(gòu)造為對應(yīng)邊界盒的體元柵格的體元尺寸的整數(shù)倍尺寸。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種識別體元柵格中的體元的計算機實現(xiàn)方法，所述體元柵格對應(yīng)從中提取出多面表面模型的多個方位數(shù)據(jù)點方位數(shù)據(jù)。該方法包括針對每個方位數(shù)據(jù)點計算該方位數(shù)據(jù)點和體元柵格中每個體元之間的距離。該方法進一步包括生成體元的第一子集，其包括距至少一個方位數(shù)據(jù)點的距離小于第一預定距離的那些體元。該方法還包括生成體元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且鄰近第一子集中至少一個體元的那些體元。該方法還包括針對第二子集中的每個體元計算所述體元和第一子集中每個體元的距離，然后識別體元的第一子集中距離第二子集中的每個體元超過第二預定距離的每個體元。
[0030]在例證性實施例中，該方法進一步包括獲取多個方位數(shù)據(jù)點，并且構(gòu)造對應(yīng)多個方位數(shù)據(jù)點的體元柵格。在該實施例中，該方法還可以包括限定包含每個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒，并且其中構(gòu)造體元柵格的步驟包括構(gòu)造對應(yīng)邊界盒的體元柵格。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于識別體元柵格中的體元的系統(tǒng)，所述體元柵格對應(yīng)從中提取出多面表面模型的多個方位數(shù)據(jù)點方位數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括處理設(shè)備。該處理設(shè)備被配置為針對每個方位數(shù)據(jù)點計算該方位數(shù)據(jù)點與體元柵格中每個體元之間的距離。該處理設(shè)備進一步被配置為生成體元的第一子集，其包括距至少一個方位數(shù)據(jù)點的距離小于第一預定距離的那些體元。該處理設(shè)備還被配置為生成體元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且鄰近第一子集中至少一個體元的那些體元。該處理設(shè)備還被配置為針對第二子集中的每個體元計算所述體元與第一子集中每個體元的距離，然后識別體元的第一子集中距離第二子集中每個體元超過第二預定距離的每個體元。
[0032]在例證性實施例中，該處理設(shè)備進一步被配置為獲取多個方位數(shù)據(jù)點，并且構(gòu)造對應(yīng)多個方位數(shù)據(jù)點的體元柵格。在該實施例中，該處理設(shè)備可以被配置為限定包含每個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒，并且構(gòu)造對應(yīng)邊界盒的體元柵格。
[0033]本發(fā)明的前述和其他方面、特征、細節(jié)、效用、和優(yōu)點將通過閱讀如下說明書和權(quán)利要求書以及審閱附圖而變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明教導的用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的系統(tǒng)的圖解視圖。
[0035]圖2是圖1中所示意的系統(tǒng)的模型構(gòu)造系統(tǒng)的簡化圖解視圖和示意圖。
[0036]圖3是包含方位數(shù)據(jù)點的集合的點云的示意圖。
[0037]圖4A-4D是適用于圖2所示的模型構(gòu)造系統(tǒng)的驅(qū)動貼片電極的例證性偶極子對的示意圖。
[0038]圖5是示意根據(jù)本發(fā)明教導的生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的方法的例證性實施例的流程圖。
[0039]圖6是示意從體元柵格中的多個體元運算或計算α -包逼近的方法的例證性實施例的流程圖。
[0040]圖7是包含圖3所示的點云的方位數(shù)據(jù)點的邊界盒的示意圖。
[0041]圖8是包含圖3所示的點云的所有方位數(shù)據(jù)點的體元柵格的示意圖。
[0042]圖9是圖8中示意的體元柵格的示意圖，并且描繪了體元柵格中處于圖3所示點云的至少一個方位數(shù)據(jù)點的預定距離內(nèi)的那些體元。
[0043]圖10是圖8所示的體元柵格的示意圖，并且描繪了圖9所示的處于圖3所示點云的至少一個方位數(shù)據(jù)點的預定距離內(nèi)的那些體元，以及體元柵格中鄰近圖9所描繪的體元的那些體元。
[0044]圖11是圖8所示的體元柵格的示意圖，并且描繪了圖10所示的體元，其中這些體元被視為是區(qū)別于體元柵格的其他體元的用于生成對應(yīng)的表面模型的內(nèi)部體元。
[0045]圖12是例證性表面模型的多面表面的一部分的不意圖。
[0046]圖13Α和13Β是示意用于削減表面模型的多面表面的例證性技術(shù)的流程圖。[0047]圖14是鄰近頂點的示意圖，其包括中心頂點以及圍繞中心頂點并與其形成面邊緣的那些頂點。
[0048]圖15是對多面表面進行平滑的例證性技術(shù)的流程圖。
[0049]圖16是包含一對簡化的、例證性表面模型并且示意用于確定體元柵格中哪些體元位于那些表面模型的邊界內(nèi)的射線投影技術(shù)的體元柵格的示意圖。
[0050]圖17是將多個表面模型結(jié)合在一起以形成合成表面模型的例證性技術(shù)的流程圖。
[0051]圖18是例證性合成表面模型的多面表面的一部分的示意圖。
[0052]圖19是示意基于給定的所收集或所感測的方位數(shù)據(jù)點產(chǎn)生新的所計算的方位數(shù)據(jù)點的示意圖。
【具體實施方式】
[0053]現(xiàn)在參照附圖，其中相同的附圖標記用于標識各個附圖中相同的部件，圖1示意了用于生成一個或多個幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的系統(tǒng)10的一個例證性實施例。如下文將描述的，在例證性實施例中，由系統(tǒng)10生成的模型是三維模型。然而能夠理解的是，雖然如下描述通常限定至三維模型的生成，本發(fā)明并不意味著要局限于此。而是，在其他例證性實施例中，系統(tǒng)10可以被配置為生成三維以外的多維模型，并且這些實施例保持在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0054]還應(yīng)該指出的是，雖然如下說明書主要集中討論系統(tǒng)10用于解剖結(jié)構(gòu)、特別地以及心臟結(jié)構(gòu)的模型生成，本發(fā)明并不意味著局限于此。而是，系統(tǒng)10以及進而使用的方法和技術(shù)可以應(yīng)用至多種幾何結(jié)構(gòu)的三維模型的生成，包括心臟結(jié)構(gòu)以外的解剖結(jié)構(gòu)。然而，為了示意以及便于描述的目的，如下描述將限定于系統(tǒng)10用于心臟結(jié)構(gòu)的三維模型的生成。
[0055]繼續(xù)參照圖1，在例證性實施例中，除了其他部件外，系統(tǒng)10包括醫(yī)療裝置12和模型構(gòu)造系統(tǒng)14。在例證性實施例中，醫(yī)療裝置12包括導管(導管12)，以及模型構(gòu)造系統(tǒng)14部分地包括處理設(shè)備16。處理設(shè)備16可以采用電子控制單元的形式，例如，其被配置為使用由導管12收集的數(shù)據(jù)構(gòu)造心臟內(nèi)結(jié)構(gòu)的三維模型。
[0056]如圖1所示意，導管12被配置為插入到患者身體18內(nèi)，并且更加特別地，插入到患者心臟20內(nèi)。導管12可以包括電纜連接器或接口 22、手柄24、具有近側(cè)端28和遠側(cè)端30的軸桿26 (如這里所使用的，“近側(cè)”指代朝向靠近臨床醫(yī)生的導管12的部分的方向，以及“遠側(cè)”指代遠離臨床醫(yī)生并且(通常)在患者身體內(nèi)側(cè)的方向)、以及安裝在導管12的軸桿26內(nèi)或者其上的一個或多個傳感器32^^^132^32^32^。在例證性實施例中，傳感器32布置在軸桿26的遠端30處或其附近。導管12還可以包括其他傳統(tǒng)部件，諸如但不限于，溫度傳感器、其他傳感器或電極、消融元件(例如，用于輸送RF消融能量的消融頂端電極、高強度聚焦超聲消融元件等)、以及相應(yīng)的導體或?qū)Ь€。
[0057]連接器22提供了用于電纜(諸如延伸至模型構(gòu)造系統(tǒng)14的電纜34、36)和/或系統(tǒng)10的其他部件(例如，可視化、導航、和/或標測系統(tǒng)(如果獨立于且區(qū)分于模型構(gòu)造系統(tǒng)14)、消融發(fā)生器、沖洗源等)的機械、液體及電氣連接。連接器22是本領(lǐng)域常用的且布置在導管12的近側(cè)端特別是其手柄24處。[0058]布置在軸桿26的近側(cè)端28處的手柄24提供了臨床醫(yī)生握持導管12的位置，并且還可以提供用于在患者身體18內(nèi)操縱或?qū)бS桿26的部件。例如，手柄24可以包括用于改變操縱絲長度的部件，所述操縱絲延伸穿過導管12至軸桿26的遠側(cè)端30以操縱軸桿
26。手柄24也是本領(lǐng)域中常用的，并且應(yīng)該理解的是，手柄24的構(gòu)造可以變化。在另一例證性實施例中，可以機器遙控地驅(qū)動或控制導管12。因此，不是臨床醫(yī)生操縱手柄以操縱或?qū)б龑Ч?2以及其軸桿26，特別地，在該實施例中使用機器人操縱導管12。
[0059]軸桿26是細長管狀柔性構(gòu)件，其被配置為在身體18內(nèi)運動。軸桿26支撐，例如但非限制性的，安裝在其上的傳感器和/或電極，諸如，傳感器32、相關(guān)的導體、以及用于信號處理和調(diào)制的可能的另外電子裝置。軸桿26還可以允許液體(包括沖洗液、冷凍消融液以及體液)、藥物、和/或手術(shù)工具或器械的傳送、輸送、和/或移除。軸桿26可以由諸如聚亞安酯的常規(guī)材料制成，并且限定被配置為容納和/或傳送導電體、液體、或手術(shù)工具的一個或多個管腔。可以通過常規(guī)的導引器將軸桿26引入至身體18的血管或其他結(jié)構(gòu)。然后可以使用本領(lǐng)域公知的手段操縱或?qū)бS桿26以穿過身體18的期望位置，諸如心臟20。
[0060]可以將安裝在導管12的軸桿26內(nèi)或其上的傳感器32用于各種診斷和治療目的，例如包括但不限于電生理研究、起搏、心臟標測、以及消融。在例證性實施例中，將一個或多個傳感器32用于執(zhí)行方位或位置感測功能。更加特別地，并且將在下文更加詳細地描述，一個或多個傳感器32被配置為定位傳感器，其提供關(guān)于導管12及其軸桿26的遠側(cè)端30特別是在某些時間點的方位(位置和方向)信息。因此，在該實施例中，隨著導管12沿心臟20的感興趣結(jié)構(gòu)的表面和/或繞該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部移動，傳感器32可以用于收集對應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)的表面和/或其內(nèi)部其他方位的方位數(shù)據(jù)點。這些方位數(shù)據(jù)點然后能夠被例如用于感興趣結(jié)構(gòu)的三維模型構(gòu)造的模型構(gòu)造系統(tǒng)14使用，這將在下文詳細描述。為了清楚和示意的目的，如下說明書將討論導管12的多個傳感器32包括定位傳感器的實施例。然而，應(yīng)該理解的是，在仍保持在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的其他例證性實施例中，導管12可以包括一個或多個定位傳感器以及被配置為執(zhí)行其他診斷和/或治療功能的其他傳感器。
[0061]如上面簡要描述的，并且在下面將更加詳細描述的，模型構(gòu)造系統(tǒng)14被配置為部分使用由導管12收集的方位數(shù)據(jù)構(gòu)造心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型。更加特別地，模型構(gòu)造系統(tǒng)14的處理設(shè)備16被配置為獲取由傳感器32收集或感測的方位數(shù)據(jù)點，然后在方位數(shù)據(jù)點對應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)造或生成中使用這些方位數(shù)據(jù)點。在例證性實施例中，模型構(gòu)造系統(tǒng)14通過與收集方位數(shù)據(jù)點的傳感器32 —起作用來獲取方位數(shù)據(jù)點。然而，在另一例證性實施例中，模型構(gòu)造系統(tǒng)14可以簡單地從傳感器32或系統(tǒng)10內(nèi)的另一部件(諸如作為模型構(gòu)造系統(tǒng)14的部件或可進而訪問的存儲器或其他存儲裝置)獲取方位數(shù)據(jù)點，而無需必然地參與方位數(shù)據(jù)點的收集。在任一實施例中，模型構(gòu)造系統(tǒng)14被配置為基于一些或全部所收集的方位數(shù)據(jù)點來構(gòu)造三維模型。為了示意和清楚的目的，下文描述將限定于模型構(gòu)造系統(tǒng)14被配置為既構(gòu)造模型又與收集方位數(shù)據(jù)點的傳感器32 —起作用而獲取方位數(shù)據(jù)點的實施例。然而，應(yīng)該理解的是，模型構(gòu)造系統(tǒng)14僅從傳感器32或系統(tǒng)10的另一部件獲取方位數(shù)據(jù)點然后基于此構(gòu)造三維模型的實施例仍在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0062]因此，在例證性實施例中，除了構(gòu)造結(jié)構(gòu)模型之外，模型構(gòu)造系統(tǒng)14被配置為與傳感器32 —起作用來收集用于三維模型構(gòu)造的方位數(shù)據(jù)點。在該實施例中，模型構(gòu)造系統(tǒng)14可以包括基于電場的系統(tǒng)，諸如由St.Jude Medical公司市售的EnSite NavX?系統(tǒng)，以及如參照名稱為 “Method and Apparatus for Catheter Navigation and Locationand Mapping in the Heart”的美國專利N0.7, 263, 397所一般示出的，其全部內(nèi)容通過引入包含于此。然而，在其他例證性實施例中，模型構(gòu)造系統(tǒng)14可以包括其他類型的系統(tǒng)，例如但不限于:基于磁場的系統(tǒng)，諸如可以從Biosense Webster獲得的Car to?系統(tǒng)，以及如參照名稱為“ Intrabody Measurement”的美國專利N0.6, 498, 944、名稱為“Medical Diagnosis, Treatment and Imaging Systems” 的美國專利 N0.6, 788, 967、以及名稱為 “System and Method for Determining the Location and Orientation of anInvasive Medical Instrument”的美國專利N0.6, 690, 963中的一個或多個所一般不出的，其全部內(nèi)容通過引入包含于此，或來自MediGuide有限公司的gMPS系統(tǒng)，以及如參照名稱為 “Medical Positioning System” 的美國專利 N0.6, 233, 476、名稱為 “System forDetermining the Position and Orientation of a Catheter，，的美國專利 N0.7, 197, 354、以及名稱為“Medical Imaging and Navigation System” 的美國專利 N0.7, 386, 339 中的一個或多個所一般不出的，其全部內(nèi)容通過弓I入包含于此；基于電場和基于磁場的系統(tǒng)的組合，諸如同樣可以從Biosense Webster獲得的Carto3?系統(tǒng)；以及其他的基于阻抗的定位系統(tǒng)、基于聲或超聲的系統(tǒng)、以及市售的基于熒光檢查法的、計算機層析成像術(shù)(CT)、以及磁共振成像(MRI)的系統(tǒng)。
[0063]如上文簡要描述的，導管12的傳感器32包括定位傳感器。傳感器32產(chǎn)生指示導管方位(位置和/或方向)信息的信號。在模型構(gòu)造系統(tǒng)14是基于電場的系統(tǒng)的實施例中，傳感器32可以包括一個或多個電極?？商娲?，在模型構(gòu)造系統(tǒng)14是基于磁場的系統(tǒng)的實施例中，傳感器32可以包括被配置為探測低強度磁場的一個或多個特征的一個或多個磁性傳感器。例如，在一個例證性實施例中，傳感器32可以包括布置在導管12的軸桿26上或其內(nèi)的磁性線圈。
[0064]為了清楚和示意的目的，下文將模型構(gòu)造系統(tǒng)14描述為包括基于電場的系統(tǒng)，諸如上面所標識的EnSite NavX?系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是，雖然下文描述主要限于傳感器32包括一個或多個電極的實施例，但在其他例證性實施例中，傳感器32可以包括一個或多個磁場傳感器(例如，線圈)。因此，包括定位傳感器而不是下文所述的傳感器或電極的模型構(gòu)造系統(tǒng)14仍然在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0065]參照圖2，除了處理設(shè)備16之外，模型構(gòu)造系統(tǒng)14可在其他可能部件之外包括多個貼片電極38、多路開關(guān)40、信號發(fā)生器42、以及顯示裝置44。在另一例證性實施例中，一些或所有這些部件是獨立的且區(qū)別于模型構(gòu)造系統(tǒng)14，但電連接至模型構(gòu)造系統(tǒng)14或被配置為與模型構(gòu)造系統(tǒng)14導通。
[0066]處理設(shè)備16可以包括可編程微處理器或微控制器，或可以包括專用集成電路(ASIC)。處理設(shè)備16可以包括中央處理單元(CPU)和輸入/輸出(1/0)接口，處理設(shè)備16可通過該接口接收多個輸入信號，包括例如由貼片電極38和傳感器32生成的信號，并且生成多個輸出信號，包括例如用于控制和/或提供數(shù)據(jù)至諸如顯示裝置44和開關(guān)40的那些輸出信號。處理設(shè)備16可以被配置為利用合適的編程指令或代碼(即，軟件)執(zhí)行各種功能，諸如那些下文中更詳細描述的功能。因此，處理設(shè)備16利用在計算機存儲介質(zhì)上編碼的一種或多種計算機程序來編程，用于執(zhí)行這里所描述的功能。
[0067]除了被稱作“腹貼”的貼片電極38b的可能的例外之外，貼片電極38被設(shè)置以產(chǎn)生電信號，該電信號用于例如確定導管12的位置和方向。在一個實施例中，貼片電極38正交地置于身體18的表面上，并用于產(chǎn)生身體18內(nèi)部的軸特定電場。例如，在一個例證性實施例中，貼片電極38)(1、38)(2可沿第一(X)軸放置。貼片電極38吣38^可沿第二(y)軸放置，以及貼片電極3821、3822可沿第三(z)軸放置。每個貼片電極38可耦合至多路開關(guān)40。在例證性實施例中，處理設(shè)備16被配置為通過合適的軟件給開關(guān)40提供控制信號，從而順序地將各對電極38耦合至信號發(fā)生器42。每對電極38的激勵在身體18內(nèi)以及在諸如心臟20的感興趣的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場。參考腹貼38b的非激勵電極38的電平被濾波且轉(zhuǎn)換并提供至處理設(shè)備16以用作參考值。
[0068]在例證性實施例中，導管12的傳感器32電耦合至處理設(shè)備16并被配置為提供位置感測功能。更加特別地，傳感器32置于身體18(例如，心臟內(nèi))通過激勵貼片電極38產(chǎn)生的電場內(nèi)。為了清楚和示意的目的，下文描述將限定于單個傳感器32置于電場內(nèi)的實施例。然而，應(yīng)該理解的是，在仍然處于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的其他例證性實施例中，多個傳感器32能夠置于電場內(nèi)，然后使用下文描述的技術(shù)來確定每個傳感器的位置和方向。
[0069]當布置在電場內(nèi)時，傳感器32經(jīng)受基于各貼片電極38之間的方位和傳感器32相對于組織的位置的電壓。在傳感器32和貼片電極38之間做出的電壓測量比較能夠用于確定傳感器32相對于組織的方位。因此，隨著導管12圍繞或沿著感興趣的特定區(qū)域或表面掃描，處理設(shè)備16從傳感器32接收信號(方位信息)，其反映傳感器32上的以及來自非通電的貼片電極38的電平的變化。使用各種已知算法，處理設(shè)備16然后可確定傳感器32的方位(位置和方向)并將其作為對應(yīng)于傳感器32的方位和由此正在被建模的感興趣結(jié)構(gòu)的表面上的點的所感測方位方位數(shù)據(jù)點46 (這里也稱作“數(shù)據(jù)點46”并在圖3中示意)記錄在與處理設(shè)備16關(guān)聯(lián)或可由處理設(shè)備16訪問的諸如存儲器47的存儲器或存儲裝置中。在例證性實施例中，在將該方位作為方位數(shù)據(jù)點記錄之前，由處理設(shè)備16接收的信號所表達的原始方位數(shù)據(jù)可通過 處理設(shè)備16校正，以使用公知的或以后開發(fā)的技術(shù)來考慮呼吸、
心臟活動、以及其他人為現(xiàn)象。在任何情形中，隨時間收集的方位數(shù)據(jù)點46(46ρ462.....46n)引起點云48的形成(最佳示于圖3)，所述點云48存儲在存儲器或存儲裝置中。
[0070]雖然如上描述迄今通常關(guān)于貼片電極38的正交布置，本發(fā)明并不意味著要局限于此。而是，在其他例證性實施例中，可使用非正交布置來確定傳感器32的方位坐標。例如，并且總的來說，圖4A-4D描繪了多個設(shè)置在坐標系50中的例證性的非正交偶極子D。、D” D2和D30在圖4A-4D中，X-軸貼片電極標記為Xa和Xb, Y-軸貼片電極標記為Ya和Yb,以及Z-軸貼片電極標記為Za和4。對于任何期望的軸，由預定組的驅(qū)動(源庫)配置引起的在諸如傳感器32的心臟內(nèi)傳感器上測量的電勢可代數(shù)地組合以產(chǎn)生與通過簡單地驅(qū)動沿正交軸的均勻電流獲得的相同的有效電勢?？梢赃x擇貼片電極38X1、38X2、38Y1、38Υ2、38Ζ1、38Ζ2 (參見圖2)中的任意兩個來作為偶極子源，并且當未激發(fā)貼片電極測量關(guān)于接地參考的電壓時，關(guān)于例如腹貼38β的接地參考耗盡。置于心臟20內(nèi)的傳感器32也暴露在用于電流脈沖的場中，并且關(guān)于例如腹貼38β的地線、測量。
[0071]在另一例證性實施例中，多個貼片電極38可沿共同軸線性地布置。在該實施例中，包括貼片電極38中之一和安裝在導管上電極的電極對的激勵產(chǎn)生電場。非激勵的貼片電極38然后可以測量用于確定傳感器32的位置的電勢。因此，在實施例中，包括不同貼片電極38和安裝至導管的電極的多個電極對的激勵可用于確定傳感器32的位置。[0072]來自每個貼片電極38和傳感器32的數(shù)據(jù)集全部被用來確定傳感器32在心臟20內(nèi)的方位。在做出電壓測量后，由電流源激勵不同對的貼片電極，并且進行其余貼片電極和內(nèi)部傳感器的電壓測量步驟。一旦確定了傳感器32的方位，以及如上所述的，該方位以上述相同的方式記錄為數(shù)據(jù)點46。在例證性實施例中，在將所述方位記錄為方位數(shù)據(jù)點之前，由處理設(shè)備16接收的信號表達的原始方位數(shù)據(jù)可以通過處理設(shè)備16校正，以使用公知或后來開發(fā)的技術(shù)考慮呼吸、心臟活動、和其他人為現(xiàn)象。因此，應(yīng)該理解的是，可使用多種技術(shù)來確定傳感器32的位置，并因此收集對應(yīng)其的數(shù)據(jù)點，它們都保持在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0073]圖3示意了點云48，其包括方位數(shù)據(jù)點461-463，它們對應(yīng)正在被建模的感興趣的特定結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解的是，雖然圖3所示的點云48僅包括三個方位數(shù)據(jù)點46，實際上點云48通常包括數(shù)百至數(shù)十萬的數(shù)據(jù)點46。然而，為了示意和便于描述的目的，下文描述將限定于具有有限數(shù)量的方位數(shù)據(jù)點的點云，例如點云48由三個方位數(shù)據(jù)點46組成。還將理解的是，可以收集對應(yīng)感興趣結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域的方位數(shù)據(jù)點46。在該實施例中，處理設(shè)備16可以被配置為對數(shù)據(jù)點46進行分組，所述數(shù)據(jù)點46對應(yīng)于自其所被收集的感興趣結(jié)構(gòu)的區(qū)域。這樣，如果具有兩個感興趣結(jié)構(gòu)的區(qū)域，對應(yīng)第一區(qū)域的所有方位數(shù)據(jù)點將分組在一起并形成第一點云，而對應(yīng)第二區(qū)域的所有方位數(shù)據(jù)點將類似地分組在一起并形成第二點云。
[0074]在一個例證性實施例中，并參照圖5，處理設(shè)備16總體上被配置為首先生成感興趣的解剖結(jié)構(gòu)的一個或多個個體區(qū)域的一個或多個表面模型(步驟100)。在生成兩個以上感興趣的個體區(qū)域的兩個以上或多個表面模型的例證性實施例中，處理設(shè)備16還被配置為將多個個體表面模型結(jié)合在一起以形成感興趣的結(jié)構(gòu)的合成表面模型(步驟102)。為了清楚和示意的目的，生成多個感興趣區(qū)域的多個表面模型然后結(jié)合的實施例將在下文中關(guān)于表不感興趣的解剖結(jié)構(gòu)的兩個區(qū)域的三維合成表面模型的生成來描述。這樣，合成表面模型將由兩個結(jié)合在一起的表面模型來組成，每個對應(yīng)感興趣結(jié)構(gòu)的兩個不同區(qū)域中的每一個。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限定于處理設(shè)備16生成由兩個結(jié)合在一起的表面模型組成合成表面模型的實施例。而是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都可以理解的，處理設(shè)備16可以被配置為生成由三個或多個個體表面模型組成的合成表面模型，所述個體表面模型使用下文所述技術(shù)結(jié)合在一起，并因此，具有該性能的處理設(shè)備仍然在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0075]表面模型(或用于生成合成表面模型的每個表面模型)可以用多種方式來生成。在諸如圖5所示的例證性實施例中，并且一般來說，處理設(shè)備16被配置為首先獲取對應(yīng)第一感興趣區(qū)域的第一組方位數(shù)據(jù)點46。處理設(shè)備還可收集對應(yīng)第二感興趣區(qū)域的第二組方位數(shù)據(jù)點46。如上所描述的，第一組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點46對應(yīng)感興趣解剖結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的表面上的相應(yīng)方位，而第二組方位數(shù)據(jù)點中的每個數(shù)據(jù)點46對應(yīng)感興趣解剖結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的表面上的相應(yīng)方位。
[0076]如本文在別處所描述的，處理設(shè)備16被配置為以多種方式獲取方位數(shù)據(jù)點。在例證性實施例中，處理設(shè)備16從傳感器32獲取方位數(shù)據(jù)點，所述傳感器32從結(jié)構(gòu)的表面收集方位數(shù)據(jù)點。在另一例證性實施例中，處理設(shè)備16通過從存儲器或存儲設(shè)備獲得多組方位數(shù)據(jù)點來獲取方位數(shù)據(jù)點，所述存儲器或存儲設(shè)備是處理設(shè)備16的一部分或電連接至處理設(shè)備16，并被配置為與處理設(shè)備16導通。因此，處理設(shè)備16可從多個源中的一個獲取多組方位數(shù)據(jù)點(及其多個方位數(shù)據(jù)點)，它們中的每一個仍在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。使用各組方位數(shù)據(jù)點46，處理設(shè)備16被配置為生成每個感興趣區(qū)域的表面模型。
[0077]一旦獲取了一組或多組方位數(shù)據(jù)點46，處理設(shè)備16就被配置為基于各組方位數(shù)據(jù)點46中的方位數(shù)據(jù)點46來生成每個感興趣區(qū)域的一個或多個個體表面模型。這樣,并且一般來說，處理設(shè)備16被配置為計算或構(gòu)造第一和第二組方位數(shù)據(jù)點46的相應(yīng)的體元域或柵格(步驟106)。每個體元柵格包括該體元柵格對應(yīng)的該組方位數(shù)據(jù)點的所有方位數(shù)據(jù)點46,并且每個體元柵格包括多個體元。
[0078]—旦構(gòu) 造了針對每組方位數(shù)據(jù)點46的體元柵格，處理設(shè)備16就被配置為確定或識別相應(yīng)體元柵格中的哪些體元用于生成個體表面模型(步驟108)。處理設(shè)備16然后使用這些識別出的體元采用本領(lǐng)域公知的多種三角化表面重構(gòu)技術(shù)中的一種來生成表面模型，諸如但非局限于，α-包技術(shù)或算法(步驟110)。
[0079]雖然對個體表面模型的生成的描述迄今只是一般描述，現(xiàn)在將更加詳細地描述用于生成個體表面模型的過程的例證性實施例。在該例證性實施例中，使用將在下文描述的特定的α-包技術(shù)或算法來生成個體表面模型。然而，應(yīng)該理解的是，在其他例證性實施例中，可以使用不同的技術(shù)、或技術(shù)的組合來生成基于體元的表面模型。一種這樣的例證性技術(shù)是移動立方體技術(shù)或算法。另一種這樣的例證性技術(shù)在2011年8月16日公布的名稱為“System and Method for Surface Reconstruction from an Unstructured Point Set，，的美國專利8，000, 941中描述，其全部內(nèi)容通過引入包含于此。因此，中采用不是本文中具體描述的技術(shù)來生成基于體元的表面模型的實施例仍在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0080]此外，還為了示意、清楚、及便于描述的目的，下文描述將僅限定于對應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)的單個感興趣區(qū)域(例如，感興趣的第一區(qū)域)的表面模型的生成。然而，應(yīng)該理解的是，針對感興趣的第一區(qū)域的表面模型的生成所描述的技術(shù)也可以由處理設(shè)備16實施以生成第二感興趣區(qū)域的表面模型、或感興趣解剖結(jié)構(gòu)的任何其他感興趣區(qū)域。因此，感興趣的第二區(qū)域的表面模型(以及感興趣的任何其他區(qū)域)可以使用下文所述的相同技術(shù)來生成。
[0081]因此，參照圖6并如上所描述，在例證性實施例中，處理設(shè)備16被配置為獲取對應(yīng)感興趣區(qū)域的該組數(shù)據(jù)點46(步驟104)。處理設(shè)備16可以被配置為從多種源來獲取數(shù)據(jù)點46，所述源例如但不限于與處理設(shè)備16關(guān)聯(lián)或可由處理設(shè)備16訪問的諸如存儲器47的存儲器或其他存儲介質(zhì)，或來自系統(tǒng)10或模型構(gòu)造系統(tǒng)14內(nèi)的任何其他源(例如，傳感器32)。同樣如上所描述的，處理設(shè)備16被配置為針對所獲取的一組方位數(shù)據(jù)點計算或構(gòu)造體元柵格(步驟106)。在圖6所示的例證性實施例中，為了構(gòu)造體元柵格，處理設(shè)備16被配置為首先確定邊界盒或容積52，其包括該組方位數(shù)據(jù)點中的每個數(shù)據(jù)點46(步驟112)。例如，圖7示意了對應(yīng)圖3所示的數(shù)據(jù)點46^463的邊界盒52。
[0082]一旦限定了邊界盒52，就確定了邊界盒52的歐幾里得坐標。更加特別地，確定了沿X-、y-、和Z-軸中每一個的最小值及最大值，并用作邊界盒52的坐標。因此，為了確定邊界盒52的X-坐標，處理設(shè)備16被配置為確定具有該組數(shù)據(jù)點中所有數(shù)據(jù)點46的最小“X值”的方位數(shù)據(jù)點46以及具有該組數(shù)據(jù)點中所有數(shù)據(jù)點46的最大“X值”的方位數(shù)據(jù)點46。處理設(shè)備16然后使用這些相應(yīng)的最小和最大值作為邊界盒52的最小和最大X-坐標。邊界盒52的最小和最大y_和Z-坐標也以與上述關(guān)于X-坐標相同的方式來確定。[0083]一旦確定了邊界盒 52 的坐標(即，(MINX，MINy, MINz)以及(MAXx、MAXy, MAXz))，在例證性實施例中，邊界盒52通過在X-、y-、Z-方向上將邊界盒52擴展預定距離阿爾法(α)來填充,并且確定所擴展的邊界盒52的坐標(即，(minx,miny,minz)以及(maxx、maxy,maxz))。所擴展的邊界盒52的坐標可使用下列等式(1)-(6)來確定:
[0084](I) minx = ΜΙΝχ-α ；
[0085](2) miny = MINy- α ；
[0086](3) minz = MINz- α ；
[0087](4) maxx = MAXx+ α ；
[0088](5) maxy = MAXy+ α ;以及
[0089](6) maxz = MAXz+ α。
[0090]在例證性實施例中，α值是在毫米級的測量距離，其可以被設(shè)置為系統(tǒng)10特別地是處理設(shè)備16 ( S卩，在系統(tǒng)10的制造過程中或在系統(tǒng)10的初始化過程中以及使用之前)的裝置的一部分。在另一實施例中，α可以由醫(yī)療裝置的尺寸確定，例如α可以是導管12、傳感器32的半徑或直徑，或它們的分數(shù)或倍數(shù)。此外，該值可以是不可調(diào)節(jié)的，或者它可以通過系統(tǒng)10的用戶使用例如用戶界面53 (最佳示于圖1)來調(diào)節(jié)，諸如觸屏、鍵板、鍵盤、滑動控制器、具有一個或多個用戶可選擇或用戶可輸入?yún)^(qū)的圖形用戶界面、或一些電連接至處理設(shè)備16以允許用戶選擇或調(diào)節(jié)α值的其他的用戶可控輸入裝置。
[0091]在另一實施例中，α或一些其他預定值，能夠加到每個方位數(shù)據(jù)點46以產(chǎn)生一個或多個新的或另外的方位數(shù)據(jù)點46’。更加特別地，對于每個方位數(shù)據(jù)點46，處理設(shè)備16可以被配置為基于方位數(shù)據(jù)點46的方位計算一個或多個另外的方位數(shù)據(jù)點46’的方位，然后在那個或那些所計算的方位添加一個或多個方位數(shù)據(jù)點46’。以該方式添加的方位數(shù)據(jù)點46’可稱作“計算的”方位數(shù)據(jù)點46’，從而將它們與那些由傳感器32所收集的方位數(shù)據(jù)點(它們是“感測的”方位數(shù)據(jù)點)區(qū)分。例如，并且參照圖19，其中α設(shè)置為(1)，例如能夠在一條軸上從方位(x，y，z)處的感測點生成八(8)個新的“計算的”方位數(shù)據(jù)點46’，這些點是點 46’「46’ 8(即,(x+1, y, z)、(x+1, y+1, z)、(x, y+1, z)、(x_l, y+1, z)、(x_l, y, z)、(x-l，y-l，z)、(x, y-1, z)以及(x+1, y_l, z))。類似的,在每個其他軸上能夠有重疊的生成八(8)個新的或“計算的”方位數(shù)據(jù)點，或能夠生成下述二十六(26)個總數(shù)的新點46’:
[0092](x-1, y-1, z)，(x, y-1, z_l)，(x+1, y-1, z_l)，
[0093](x-1, y, z-1)，(x, y, z_l)，(x+1, y, z_l)，
[0094](x-1, y+1, z_l)，(x, y+1, z_l)，(x+1, y-1, z_l)，
[0095](x-1, y-1, z)，(x, y-1, z)，(x+1, y-1, z)，
[0096](x-1, y, z)，(x+1, y, z)，
[0097](x-1, y+1, z)，(x, y+1, z)，(x+1, y+1, z)，
[0098](x-1, y-1, z+1)，(x, y-1, z+1)，(x+1, y-1, z+1)，
[0099](x-1, y, z+1)，(x, y, z+1)，(x+1, y, z+1)，
[0100](x-1, y+1, z+1)，(x, y+1, z+1)，(x+1, y+1, z+1)。
[0101]這些計算的方位數(shù)據(jù)點46’然后可以使用或不使用上述等式與方位數(shù)據(jù)點46 (即，感測的方位數(shù)據(jù)點46) —起來限定邊界盒52。
[0102]在某些情形中，在確定(min)和(max)坐標后，需要邊界盒52的進一步填充。更加特別地，在例證性實施例中，需要的是邊界盒52在每個方向上的尺寸是體元(會包括體元柵格)的尺寸的整數(shù)倍。然而，在通過α值填充邊界盒52后，其尺寸并不是體元尺寸的整數(shù)倍(例如，由于α值自身不是體元尺寸的整數(shù)倍)，邊界盒52的進一步填充需要滿足該要求。例如，假定體元的尺寸是1Χ1Χ1(以毫米為單位)，并且通過α值填充后的邊界盒52的尺寸是128.4X 1296.0 X 417.9 (同樣以毫米為單位)。在該情形中，處理設(shè)備16通過在每個方向上將尺寸擴展至下一體元邊界來填充邊界盒52，從而使得在該實例中填充后的尺寸是129X1296X418。因此，邊界盒尺寸將在每個側(cè)面或每個方向上是體元尺寸的整數(shù)倍。在該情形中，需要根據(jù)邊界盒的進一步填充的幅度來調(diào)節(jié)一些或全部的(min)或(max)坐標。
[0103]參照圖6和8，在邊界盒52的填充或擴展以及擴展后的邊界盒52的坐標的確定之后，處理設(shè)備16被配置為如圖8所示構(gòu)造邊界盒52內(nèi)的體元柵格54(步驟114)。體元柵格54具有預定V值，其對應(yīng)體元柵格54中每個體元56 (在圖8中水平和垂直柵格線交叉處的每個點構(gòu)成體元56)之間的距離。通過上述的α值，V值可以被設(shè)置為系統(tǒng)10特別地是處理設(shè)備16 (即，在系統(tǒng)10的制造過程中或在系統(tǒng)10的初始化過程中以及使用之前)的裝置的一部分。此外，該值可以是不可調(diào)節(jié)的，或者它可以通過系統(tǒng)10的用戶使用例如上述的用戶界面53來調(diào)節(jié)。在例證性實施例中，V的值可以是大約0.75mm，然而，本發(fā)明并不意味著要局限于此。
[0104]體元柵格54具有在X-方向上I個單元、在y_方向上J個單元、以及在Z-方向上K個單元給定的尺寸。1、J、K的實際值使用等式(7)-(9)來計算:
【權(quán)利要求】
1.一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 處理設(shè)備，所述處理設(shè)備被配置為: 獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點； 限定邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點； 構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格,其中所述體元柵格包括多個體元；以及 從所述體元柵格的所述多個體元的某些中提取多面表面模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多面表面模型包括所述多個體元中所述某些體元的α -包逼近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為執(zhí)行下述中的至少一個: 削減所述多面表面模型的表面以從中移除多余的面；以及 使所述多面表面模型的所述表面平滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為削減所述表面模型的表面，所述處理設(shè)備還被配置為: 生成削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的所述多面表面模型的每個體元； 以優(yōu)選順序排列所述削減隊列中的頂點； 選擇所述削減隊列中的最高優(yōu)先級 頂點； 確定包含所述最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含所述最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點；以及 通過從所述多面表面模型刪除所述最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至所述最高優(yōu)先級頂點的所述多面表面模型的所有邊緣移動至所述相鄰的頂點，從而來折疊所述最高優(yōu)先級邊緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為使用移動立方體算法來提取所述多面表面模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在限定包含所述組方位數(shù)據(jù)點的每個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒時，所述處理設(shè)備被配置為: 獲取多個感測的方位數(shù)據(jù)點； 針對所述組方位數(shù)據(jù)點中的每個所感測的方位數(shù)據(jù)點,將至少一個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點；以及 限定三維邊界盒，其包含所述組方位數(shù)據(jù)點中的每個所述所感測的方位數(shù)據(jù)點和所述所計算的方位數(shù)據(jù)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備還被配置為將所述邊界盒沿其一個或多個軸擴展預定距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為將所述邊界盒擴展以使其尺寸為所述體元柵格的體元的尺寸的整數(shù)倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備還被配置為針對所述組的方位數(shù)據(jù)點中的所述所感測的方位數(shù)據(jù)點中的至少一個，將多個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至所述組的方位數(shù)據(jù)點。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為沿對應(yīng)所述所感測的方位數(shù)據(jù)點的至少一個軸添加所述多個所計算的方位數(shù)據(jù)點。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備被配置為識別所述體元柵格中的所述多個體元。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，在識別所述體元柵格中的所述多個體元時，所述處理設(shè)備被配置為: 針對每個方位數(shù)據(jù)點計算所述方位數(shù)據(jù)點和所述體元柵格中的每個體元之間的距離； 生成體元的第一子集，其包括距至少一個所述方位數(shù)據(jù)點的距離小于第一預定距離的那些體元； 生成體元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且鄰近所述第一子集中至少一個所述體元的那些體元； 針對第二子集中的每個體元計算所述體元和所述第一子集中每個體元的距離；以及識別所述體元的第一子集中距離所述第二子集中每個體元超過第二預定距離的每個體元。
13.一種用于生成幾何結(jié)構(gòu)的多面表面模型的計算機實現(xiàn)方法，所述方法包括: 獲取一組方位數(shù)據(jù)點，其包括對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點； 限定邊界盒，其包含該組方位數(shù)據(jù)點中的每個方位數(shù)據(jù)點； 構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的 體元柵格,其中所述體元柵格包括多個體元；以及 從所述體元柵格的所述多個體元的某些中提取多面表面模型。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述提取步驟包括提取所述多個體元的所述某些體元的α -包逼近。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括下述中的至少一個: 削減所述多面表面模型的表面以從中移除多余的面；以及 使所述多面表面模型的所述表面平滑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述方法包括削減所述表面模型的表面，所述削減步驟包括: 生成削減隊列，其包含符合至少一個預定削減標準的所述多面表面模型的每個體元； 以優(yōu)選順序排列所述削減隊列中的頂點； 選擇所述隊列中的最高優(yōu)先級頂點； 確定包含所述最高優(yōu)先級頂點的最高優(yōu)先級邊緣，其中所述最高優(yōu)先級邊緣包含所述最高優(yōu)先級頂點和相鄰的頂點；以及 通過從所述多面表面模型刪除所述最高優(yōu)先級頂點，并將關(guān)聯(lián)至所述最高優(yōu)先級頂點的所述多面表面模型的所有邊緣移動至相鄰的頂點，從而來折疊所述最高優(yōu)先級邊緣。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述提取步驟包括使用移動立方體算法來提取所述多面表面模型。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中限定包含所述組方位數(shù)據(jù)點的每個方位數(shù)據(jù)點的邊界盒包括: 獲取多個所感測的方位數(shù)據(jù)點； 針對所述組方位數(shù)據(jù)點中的每個所感測的方位數(shù)據(jù)點,將至少一個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至該組方位數(shù)據(jù)點；以及限定三維邊界盒，其包含所述組方位數(shù)據(jù)點中的每個所述所感測的方位數(shù)據(jù)點和所述所計算的方位數(shù)據(jù)點。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括將所述邊界盒沿其一個或多個軸擴展預定距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述擴展步驟包括將所述邊界盒擴展以使其尺寸為所述體元柵格的體元的尺寸的整數(shù)倍。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述添加步驟包括針對所述組的方位數(shù)據(jù)點中的所述所感測方位數(shù)據(jù)點中的至少一個，將多個所計算的方位數(shù)據(jù)點添加至所述組的方位數(shù)據(jù)點。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述添加步驟包括沿對應(yīng)所述所感測的方位數(shù)據(jù)點的至少一個軸添加所述多個所計算的方位數(shù)據(jù)點。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中構(gòu)造對應(yīng)所述邊界盒的體元柵格包括: 針對每個方位數(shù)據(jù)點計算所述方位數(shù)據(jù)點和所述體元柵格中每個體元之間的距離； 生成體元的第一子集，其包括距至少一個所述方位數(shù)據(jù)點的距離小于第一預定距離的那些體元； 生成體元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且鄰近第一子集中至少一個所述體元的那些體元； 針對第二子集中的每個體元計算所述體元和所述第一子集中每個體元的距離；以及識別所述體元的第一子集中距離所述第二子集中每個體元超過第二預定距離的每個體元。
24.一種生成幾何結(jié)構(gòu)的多維表面模型的計算機實現(xiàn)方法，所述方法包括: 獲取第一和第二組方位數(shù)據(jù)點，所述第一組方位數(shù)據(jù)點包括對應(yīng)所述幾何結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點，以及所述第二組方位數(shù)據(jù)點包括對應(yīng)所述幾何結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域表面上相應(yīng)方位的多個方位數(shù)據(jù)點； 構(gòu)造第一和第二體元柵格，它們分別對應(yīng)第一和第二組方位數(shù)據(jù)點，其中所述每個體元柵格包括多個體元； 從所述第一體元柵格的所述多個體元的某些中生成針對所述第一區(qū)域的第一多維表面模型，以及從所述第二體元柵格的所述多個體元的某些中生成針對所述第二區(qū)域的第二多維表面模型；以及 將所述第一和第二表面模型結(jié)合在一起以形成合成多維表面模型。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述獲取步驟包括子步驟，即通過傳感器從所述幾何結(jié)構(gòu)的所述第一和第二區(qū)域的表面收集所述第一和第二組所述方位數(shù)據(jù)點。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述結(jié)合步驟包括如下子步驟: 構(gòu)造對應(yīng)且包含所述第一和第二表面模型的第三體元柵格，其中所述第三體元柵格包括多個體元；以及 從所述第三體元柵格的所述多個體元的某些中生成所述合成表面模型。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述合成表面模型包括多面表面，以及所述方法還包括下述中的至少一個: 削減所述多面表面以從中移除多余的面；以及使所述多面表面平滑。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一和第二多維表面模型中的每個包括多面表面，所述方法還包括下述中的至少一個: 削減所述第一和第二表面模型的所述多面表面，以從中移除多余的面；以及 使所述第一和第二表面模型的所述多面表面平滑。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中生成所述第一和第二多維表面模型的所述步驟包括分別從所述第一體元柵格的所述多個體元中的所述某些體元以及從所述第二體元柵格的所述多個體元中的所述某些體元計算α-包逼近。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法,其中將第一和第二表面模型結(jié)合在一起以形成合成表面模型的所述步驟包 括計算所述第一和第二表面模型的布爾并集逼近。
【文檔編號】G06F17/50GK104011724SQ201280065195
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】卡洛斯·卡博納拉, 瓦西里·維爾科夫, 丹尼爾·R·斯塔克斯, J·錢, 埃里克·J·沃斯 申請人:圣猶達醫(yī)療用品電生理部門有限公司