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轮廓三测量系统和方法

阅读:864发布:2024-02-21

专利汇可以提供轮廓三测量系统和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于重构具有轮廓线的对象的表面形状的方法和设备,包括将多个点分配给每个轮廓线。对两个 位置 相邻的轮廓线上的相应点执行第一三 角 测量方案,以确定对应于这两个轮廓线的该对象的一部分的第一表面形状。检查第一表面形状以确定该第一表面形状是否出错。如果第一表面形状没有出错,则输出按第一三角测量方案确定的该对象的该部分的第一表面形状作为该对象的该部分的重构表面形状。如果第一表面形状出错,则对这两个轮廓线上的相应点执行第二三角测量方案,以确定该对象的该部分的第二表面形状,以及输出按第二三角测量方案确定的该对象的该部分的第二表面形状作为重构表面形状。,下面是轮廓三测量系统和方法专利的具体信息内容。

1.一种从多个轮廓线中重构对象的表面形状的方法,包括:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第一三测量方案,以 确定与这两个位置相邻的轮廓线相对应的该对象的一部分的第一表面 形状;
检查该第一表面形状以确定第一表面形状是否出错;
如果该第一表面形状没有出错,则输出按照第一三角测量方案确 定的该对象的该部分的第一表面形状,作为该对象的该部分的重构表 面形状;以及
如果第一表面形状出错,
则对这两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第二三角测 量方案,以确定与这两个位置相邻的轮廓线相对应的该对象的该 部分的第二表面形状;以及
输出按照第二三角测量方案确定的该对象的该部分的第二 表面形状,作为该对象的该部分的重构表面形状。
2.如权利要求1所述的方法,其中第一三角测量方案是最短距离 方案,以及其中第二三角测量方案是最接近定向方案。
3.如权利要求1所述的方法,其中扫描步骤是通过执行对象的CT 扫描来完成的。
4.如权利要求1所述的方法,其中对象包括患者的骨骼结构。
5.如权利要求1所述的方法,还包括:
对多个轮廓线中的每两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第 一三角测量方案、或者第二三角测量方案、或者上述方案两者,以获 得该对象的完整重构表面形状。
6.如权利要求1所述的方法,其中,第一三角测量方案和第二三 角测量方案之一包括最短距离三角测量方案,该最短距离三角测量方 案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一轮 廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与相 邻点的线段;以及
e)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至d),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
7.如权利要求1所述的方法,其中第一三角测量方案和第二三角 测量方案之一包括最接近定向三角测量方案,该最接近定向三角测量 方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第二轮 廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上所有点的最接近定向已被 确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上对第一轮廓线 上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第 一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点 与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
8.如权利要求6所述的方法,其中第一三角测量方案和第二三角 测量方案中的另一方案包括最接近定向三角测量方案,该最接近方向 三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第二轮 廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上所有点的最接近定向已被 确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上对第一轮廓线 上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第 一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点 与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
9.如权利要求1所述的方法,还包括:
从多对经三角测量的轮廓中创建该对象的模型,其中所述多对经 三角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
10.如权利要求9所述的方法,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
11.如权利要求1所述的方法,其中检查步骤包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一轮 廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与相 邻点的线段;
e)检查第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的定向,如果定向大于90度,则表面形状出错,否则表面形状 正确;其中该定向通过计算第一轮廓线上该点的质心向量与第二轮廓 线上的点的质心向量的点积来确定,其中负点积对应于大于90度的定 向;
f)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者以 逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至e),直至第一和第二轮廓线 上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一点 为止。
12.一种从多个轮廓线中重构对象的表面形状的方法,包括:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中,每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对与第一和第二轮廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相 应点执行最短距离三角测量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线的 该对象的一部分的第一表面形状,
其中,该最短距离三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮 廓线上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮 廓线上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮 廓线上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到 第一轮廓线上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和 第二距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连 接第一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓 线上的点与相邻点的线段;以及
e)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向 或者以逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至d),直至第一和 第二轮廓线上的所有点已经连接至第一和第二轮廓线中的另一 轮廓线上的另一点为止。
13.如权利要求12所述的方法,其中扫描步骤是通过执行对象的 CT扫描来完成的。
14.如权利要求12所述的方法,其中对象包括患者的骨骼结构。
15.如权利要求12所述的方法,还包括:
从多对经三角测量的轮廓创建该对象的模型,其中所述多对经三 角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
16.如权利要求15所述的方法,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
17.一种从多个轮廓线中重构对象的表面形状的方法,包括:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中,每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对与第一和第二轮廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相 应点执行最接近定向三角测量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线 的该对象的一部分的第一表面形状,
其中,该最接近定向三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第 二轮廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点 的质心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上所有点的最接近定向 已被确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线对第一轮廓 线上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮 廓线上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到 第一轮廓线上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和 第二定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置 为连接第一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二 轮廓线上的点与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向 或者以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和 第二轮廓线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一 轮廓线上的另一点为止。
18.如权利要求17所述的方法,其中扫描步骤是通过执行对象的 CT扫描来完成的。
19.如权利要求17所述的方法,其中对象包括患者的骨骼结构。
20.如权利要求17所述的方法,其中第一轮廓线上该点的质心向 量到第二轮廓线上的点的质心向量的最接近定向是通过计算第一轮廓 线上该点的质心向量与第二轮廓线上每个点的质心向量的点积来确定 的,其中第二轮廓线上具有最小点积的点对应于该最接近定向。
21.如权利要求17所述的方法,还包括:
从多对经三角测量的轮廓创建该对象的模型,其中所述多对经三 角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
22.如权利要求21所述的方法,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
23.一种可在计算机上执行并且被配置为计算对象的表面形状的 计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上执行时,执行下列 步骤:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中,每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第一三角测量方案,以 确定与这两个位置相邻的轮廓线相对应的该对象的一部分的第一表面 形状;
检查该第一表面形状以确定第一表面形状是否出错;
如果该第一表面形状没有出错,则输出按照第一三角测量方案确 定的该对象的该部分的第一表面形状,作为该对象的该部分的重构表 面形状;以及
如果第一表面形状出错,
则对这两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第二三角测 量方案,以确定与这两个位置相邻的轮廓线相对应的该对象的该 部分的第二表面形状;以及
输出按照第二三角测量方案确定的该对象的该部分的第二 表面形状,作为该对象的该部分的重构表面形状。
24.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中,第一三角测量 方案是最短距离方案,以及其中第二三角测量方案是最接近定向方案。
25.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中,扫描步骤是通 过执行对象的CT扫描来完成的。
26.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中,对象包括患者 的骨骼结构。
27.如权利要求23所述的计算机程序产品,还包括:
对多个轮廓线中的每两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行第 一三角测量方案、或者第二三角测量方案、或者上述第一三角测量方 案和第二三角测量方案两者,以获得该对象的完整重构表面形状。
28.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中第一三角测量方 案和第二三角测量方案之一包括最短距离三角测量方案,该最短距离 三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一轮 廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与相 邻点的线段;以及
e)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至d),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
29.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中第一三角测量方 案和第二三角测量方案之一包括最接近定向三角测量方案,该最接近 定向三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第二轮 廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上的所有点的最接近定向已 被确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上对第一轮廓线 上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第 一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点 与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
30.如权利要求28所述的计算机程序产品,其中第一三角测量方 案和第二三角测量方案中的另一方案包括最接近定向三角测量方案, 该最接近方向三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第二轮 廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上所有点的最接近定向已被 确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上对第一轮廓线 上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第 一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点 与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
31.如权利要求23所述的计算机程序产品,还包括:
从多对经三角测量的轮廓中创建该对象的模型,其中所述多对经 三角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
32.如权利要求31所述的计算机程序产品,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
33.如权利要求23所述的计算机程序产品,其中,检查步骤包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一轮 廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与相 邻点的线段;
e)检查第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质 心向量的定向,如果定向大于90度,则表面形状出错,否则表面形状 正确;其中该定向通过计算第一轮廓线上该点的质心向量与第二轮廓 线上的点的质心向量的点积来确定,其中负点积对应于大于90度的定 向;
f)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者以 逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至e),直至第一和第二轮廓线 上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一点 为止。
34.一种可在计算机上执行并且被配置为计算对象的表面形状的 计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上执行时,执行以下 步骤:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中,每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对与第一和第二轮廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相 应点执行最短距离三角测量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线的 该对象的一部分的第一表面形状,
其中,该最短距离三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮 廓线上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上与第一轮 廓线上该点最接近的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮 廓线上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到 第一轮廓线上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和 第二距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连 接第一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓 线上的点与相邻点的线段;以及
e)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向 或者以逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)至d),直至第一和 第二轮廓线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一 轮廓线上的另一点为止。
35.如权利要求34所述的计算机程序产品,其中扫描步骤是通过 执行对象的CT扫描来完成的。
36.如权利要求34所述的计算机程序产品,其中对象包括患者的 骨骼结构。
37.如权利要求34所述的计算机程序产品,还包括:
从多对经三角测量的轮廓创建该对象的模型,其中所述多对经三 角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
38.如权利要求37所述的计算机程序产品,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
39.一种可在计算机上执行并且被配置为计算对象的表面形状的 计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上执行时,执行下列 步骤:
通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描数据来获得多个 轮廓线;
将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每 一个,其中,每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓线相交;
对与第一和第二轮廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相 应点执行最接近定向三角测量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线 的该对象的一部分的第一表面形状,
其中,该最接近定向三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点到第 二轮廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点 的质心向量的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上所有点的最接近定向 已被确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上对第一轮 廓线上该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮 廓线上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到 第一轮廓线上该点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和 第二定向中的最接近定向的线段,以及将三角形的第三条边设置 为连接第一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二 轮廓线上的点与相邻点的线段;以及
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向 或者以逆时针方向移至下一个点,重复步骤d)至f),直至第一和 第二轮廓线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一 轮廓线上的另一点为止。
40.如权利要求39所述的计算机程序产品,其中扫描步骤是通过 执行对象的CT扫描来完成的。
41.如权利要求39所述的计算机程序产品,其中对象包括患者的 骨骼结构。
42.如权利要求39所述的计算机程序产品,其中,第一轮廓线上 该点的质心向量到第二轮廓线上的点的质心向量的最接近定向是通过 计算第一轮廓线上该点的质心向量与第二轮廓线上每个点的质心向量 的点积来确定的,其中,在第二轮廓线上具有最小点积的点对应于该 最接近定向。
43.如权利要求39所述的计算机程序产品,还包括:
从多对经三角测量的轮廓创建该对象的模型,其中所述多对经三 角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
44.如权利要求43所述的计算机程序产品,还包括:
通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部与底部轮廓上的 相邻点形成的多个三角形的顶点,封闭层叠的经三角测量的轮廓中的 顶部和底部轮廓。
45.一种用于从多个轮廓线中重构对象的表面形状的设备,包括:
扫描仪单元,被配置为通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该 扫描数据来获得多个轮廓线;
分配单元,被配置为将多个点分配给从所分割的扫描数据获得的 多个轮廓线中的每一个,其中每个轮廓线是封闭的并且不与其它轮廓 线相交;
第一三角测量计算单元,被配置为对两个位置相邻的轮廓线上的 相应点执行第一三角测量方案,以确定与这两个位置相邻的轮廓线相 对应的该对象一部分的第一表面形状;
检查单元,被配置为检查该第一表面形状以确定第一表面形状是 否出错;
第二三角测量计算单元,被配置为对这两个位置相邻的轮廓线上 的相应点执行第二三角测量方案,以确定与这两个位置相邻的轮廓线 相对应的该对象的该部分的第二表面形状;以及
输出和显示单元,被配置为输出并显示由第一三角测量计算单元 输出的第一表面形状,或者输出并显示由第二三角测量计算单元输出 的第二表面形状,作为该对象的该部分的重构表面形状。
46.如权利要求45所述的设备,其中第一三角测量计算单元执行 最短距离三角测量,以及其中第二三角测量计算单元执行最接近定向 三角测量。
47.如权利要求45所述的设备,其中扫描仪单元包括CT扫描仪
48.如权利要求45所述的设备,其中对象包括患者的骨骼结构。
49.如权利要求45所述的设备,还包括:
对象模型创建单元,被配置为从多对经三角测量的轮廓中创建该 对象的模型,其中所述多对经三角测量的轮廓逐对层叠在下一对之上。
50.如权利要求49所述的设备,其中,对象模型创建单元通过使 用相应的质心点作为各自从相应的顶部和底部轮廓上的相邻点形成的 多个三角形的顶点来封闭层叠的经三角测量的轮廓中的顶部和底部轮 廓,以创建该模型的顶部和底部。
51.如权利要求45所述的设备,其中,检查单元包括:
用于对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓 线上该点最接近的点的装置;
用于将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上最接近第一 轮廓线上该点的点的线段的装置;
用于比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓 线上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓 线上该点的第二距离的装置;
用于基于该比较装置的结果,将三角形的第二条边设置为第一和 第二距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第 一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者连接第二轮廓线上的点与相邻 点的线段的装置;
用于检查第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上的点的 质心向量的定向的装置,如果方向大于90度,则表面形状出错,否则 表面形状正确;其中,该定向是通过计算第一轮廓线上该点的质心向 量与第二轮廓线上的点的质心向量的点积来确定的,其中,负点积对 应于大于90度的定向,
其中检查单元通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时 针方向或逆时针方向移至下一个点,直至第一和第二轮廓线上的所有 点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一线上的另一轮廓点为止。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种用于根据在平行或者基本平行的平面上提供的 多个轮廓线来构造表面形状的系统和方法。

背景技术

生物医学领域,获得人体(human anatomy)(例如,骨骼、 肿瘤、组织)的精确三维(3D)表面对于影像引导治疗,诸如影像引 导手术以及辐射治疗计划有很大帮助。计算断层照相法(CT)、磁共 振成像(MRI)、电子发射层析照相术(PET)、单光子放射计算 断层照相法(SPECT)和一些超声技术使得获得人类身体截面图成为 可能。
一种适于构造人体三维表面的方法是通过从对应于不同层的平 行切片中创建的一组轮廓,对该组轮廓进行三测量以获得人体轮廓 线来实现的。这可以简单描述为连接邻近轮廓线的点来生成三角形的 过程。表面是通过镶嵌这些轮廓来表示的,其中三角形元素是通过定 界近似于感兴趣表面的多面体来获得的。表面三角测量处理的主要问 题是重构表面的精确性以及算法的可靠性与复杂性。
鉴于上述内容,存在对一种能够以非常好的精确度来生成任何复 杂表面的轮廓三角测量系统和方法的需求。复杂表面的生成优选地将 是快速且可靠的,并且适于实时应用。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种从多个轮廓线中重构对象的表面形 状的方法。该方法包括通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫描 数据获得轮廓线来获得多个轮廓线。该方法还包括将多个点分配给从 所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每一个,其中每个轮廓线是 封闭的并且不与其它轮廓线相交。该方法还包括对两个位置相邻的轮 廓线上的相应点执行第一三角测量方案,以确定与这两个位置相邻的 轮廓线相对应的该对象的一部分的第一表面形状。该方法还包括检查 该第一表面形状以确定第一表面形状是否出错。如果第一表面形状没 有出错,则该方法包括输出按照第一三角测量方案确定的该对象的该 部分的第一表面形状,作为该对象的该部分的重构表面形状。如果第 一表面形状出错,则该方法包括对这两个位置相邻的轮廓线上的相应 点执行第二三角测量方案,以确定与这两个位置相邻的轮廓线相对应 的该对象的该部分的第二表面形状,以及输出按第二三角测量方案确 定的该对象的该部分的第二表面形状,作为该对象的该部分的重构表 面形状。
本发明的又一个方面涉及一种从多个轮廓线中重构对象的表面 形状的方法。该方法包括通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫 描数据获得轮廓线来获得多个轮廓线。该方法还包括将多个点分配给 从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每一个,其中每个轮廓线 是封闭的并且不与其它轮廓线相交。该方法还包括对与第一和第二轮 廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行最短距离三角测 量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线的该对象的一部分的第一表 面形状。该最短距离三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上与第一轮廓线 上该点最接近的点;
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上最接近第一轮 廓线上该点的点的线段;
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上与第一轮廓线上该 点相邻的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离;
d)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 距离中较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一轮廓 线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与相邻 点的线段;以及
e)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点,重复步骤a)和d),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已经连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
本发明的又一个方面涉及一种从多个轮廓线中重构对象的表面 形状的方法。该方法包括通过扫描该对象获得扫描数据以及分割该扫 描数据获得轮廓线来获得多个轮廓线。该方法还包括将多个点分配给 从所分割的扫描数据获得的多个轮廓线中的每一个,其中每个轮廓线 是封闭的并且不与其它轮廓线相交。该方法还包括对与第一和第二轮 廓线相对应的两个位置相邻的轮廓线上的相应点执行最接近定向三角 测量方案,以确定对应于第一和第二轮廓线的该对象的一部分的第一 表面形状。该最接近定向三角测量方案包括:
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第一轮廓线上该点的质心向 量到第二轮廓线上的每个轮廓点的质心向量的定向;
b)确定第一轮廓线上该点到第二轮廓线上的点的最接近定向;
c)重复步骤a)和b)直至第一轮廓线上的所有点的最接近定向已 被确定;
d)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线对第一轮廓线上 该点具有最接近定向的点的线段;
e)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一定向与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上的点的第二定向;
f)基于该比较步骤,将三角形的第二条边设置为连接第一和第二 定向中的较短定向的线段,以及将三角形的第三条边设置为连接第一 轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上的点与 相邻点的线段。
g)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者 以逆时针方向移至下一个点来重复步骤d)至f),直至第一和第二轮廓 线上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一 点为止。
附图说明
结合在本说明书中并且构成其一部分的附图例示了本发明的实 施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明第一实施例的为其执行最短距离三角测量方案 的两个轮廓的透视图。
图2是根据本发明第一实施例的已经为其选择了初始点并且为其 比较了两个候选距离的两个轮廓的透视图。
图3是根据本发明第一实施例的已经为其生成了第一三角形面片 (patch)的两个轮廓的透视图。
图4是根据本发明第一实施例的为其开始三角形面片生成方案的 下一次迭代的两个轮廓的透视图。
图5是根据本发明第一实施例的已经为其生成了多个三角形面片 的两个轮廓的透视图。
图6是根据本发明第二实施例的为其执行最接近定向三角测量方 案的两个轮廓的透视图。
图7是根据本发明第二实施例的已经为其选择了初始点并为其比 较了两个候选最接近定向向量值的两个轮廓的透视图。
图8是根据本发明第二实施例的为其开始三角形面片生成方案的 下一次迭代的两个轮廓的透视图。
图9是根据本发明第二实施例的已经为其生成了多个三角形面片 的两个轮廓的透视图。
图10是通过使用最短距离三角测量方案已经为其生成了错误的 三角形面片的两个轮廓的透视图。
图11是上部轮廓已经为其用完轮廓点的两个轮廓的透视图。
图12是通过使用最短距离三角测量方案已经为其生成了多个错 误的三角形面片的两个轮廓的透视图。
图13示出了通过使用最短距离三角测量方案的错误的三角形面 片而创建的表面形状的示例。
图14示出了通过使用最接近定向三角测量方案的正确的三角形 面片而创建的表面形状的示例,其中该正确的三角形面片是由最接近 定向三角测量方案从用于生成图13的表面形状的相同轮廓中生成的。
图15示出基于如图14所示生成的三角形面片来生成的表面形 状。
图16示出了根据本发明一个或多个实施例的轮廓三角测量系统。

具体实施方式

在附图中例示了本发明当前的优选实施例。尽管本说明书主要涉 及获得骨骼的表面图像,但应理解本文所述的主题可应用于身体的其 它部分,诸如器官、肠或肌肉。
第一实施例涉及根据由扫描对象获得的一组平行轮廓线来重构 复杂的表面,所述对象可以是诸如患者的骨骼。作为示例且非限制, 患者人体的CT扫描,诸如对患者膝盖的扫描,是在原始数据获得步 骤中进行的,其中扫描数据被存储在CT扫描文件中。通过该CT扫 描,第一实施例重构患者膝盖的3D表面,诸如股骨和胫骨的外表面。 CT扫描文件的格式可以按通用计算机可读的任何特定格式获得,诸 如从医用数字成像和通信(DICOM)格式转换得到的影像制导系统 (IGS)格式,而这类格式是本领域技术人员周知的。
计算机可以是任何已知的计算系统,但优选地是可编程的、基于 处理器的系统。例如,计算机可包括微处理器硬盘驱动器、随机存 取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出(I/O)电路以 及任何其它众所周知的计算机组件。计算机优选地适于与各种类型的 (永久性和可移除)存储设备一起使用,诸如便携式驱动器、磁性存 储器(例如软盘)、固态存储器(例如闪存卡)、光学存储器(例如 光盘或CD)和/或网络/因特网存储器。计算机可以包括一个或多个计 算机,例如包括在Windows、UNIX、Linux或其它合适的操作系统下 运行的并且优选地包含图形用户界面(GUI)的个人计算机(例如 IBM-PC兼容的计算机)或者工作站(例如,SUN或Silicon Graphics 工作站)。
一旦原始数据已经获得并且已经加载到计算机中,或者加载到计 算机可访问的存储器中,就经由第一实施例进行原始数据的表面构造, 其中该第一实施例可以具体化为在可由计算机执行的程序代码。根据 CT扫描文件数据,一组平行的切片(可以是任何定向、横向、径向、 冠状或倾斜的),在本文中也称为轮廓线,可以被选择来包围整个股 骨或胫骨骨骼。切片的数量可以通过权衡股骨和胫骨分割的工作负载 与重构3D表面的分辨率来确定。在设置切片的数量和位置之后,执 行人工分割以将股骨和胫骨骨骼与图像的其余部分分开。可以使用多 个分割方案中的任意方案来在平行平面中产生一组轮廓,其中每个平 面一个轮廓。例如,可执行“Live Wire(动态线)”分割(边缘测量 方案)或者“Snakes(主动轮廓线)”分割(最小化方案),而这些 分割方案对本领域技术人员是周知的。通过扫描对象获得的输出是一 系列平行图像,由此将这些图像输入到产生轮廓线的轮廓化处理(本 领域技术人员已知的任何处理,诸如以上描述的处理)。每个轮廓由 一组轮廓点表示。每个轮廓点的3D坐标(x,y,z)保存为根据第一实施例 的三角测量处理单元的输入。在第一实施例中,这些轮廓点是按照逆 时针(CCW)方向排序的。作为替换,它们可以按顺时针(CW)方 向排序。根据第一实施例的三角测量处理单元可以具体化为可由计算 机执行的程序代码。在经分割的扫描图像中,轮廓线可以在某些区域 凹入,在其它区域平坦,而在另一些区域凸起,而每个轮廓线是封闭 的(例如,在相同的轮廓线上,第一点与第二点连接,第二点与第三 点连接,...,以及最后一点与第一点连接)并且不与其它轮廓线相交。
在第一实施例中,‘最短距离’三角测量法是经由计算机的三角 测量处理单元提供的,它在相邻的平行轮廓对之间生成三角形条带。 下文将详细解释根据第一实施例的‘最短距离’三角测量法。
现参考图1,三角测量从轮廓1上的点Pi和轮廓2上的Qj开始。 下一个三角测量将拾取Pi1或者Qj1来生成三角形面片PiPi1Qj或 PiQjQj1。Pi1是轮廓1上以CCW方向最接近点Pi的点,Qj1是轮廓 2上以CCW方向最接近点Qj的点,而轮廓1和轮廓2是位置相邻的 轮廓。如图1所示,Vci是从Pi到轮廓1的质心的向量;Vcj是从Qj 到轮廓2的质心的向量;Vci1是从Pi1到轮廓1的质心的向量,而Vcj1 是从Qj1到轮廓2的质心的向量。
根据第一实施例,该最短距离方案的第一步骤是选择初始点。该 初始点的确定是根据以下步骤完成的:
1)将最小距离dmin设置为一个大数(例如,对使用16位数据字 的计算机,可以设置为216-1)。
2)从轮廓1上的一个轮廓点开始,计算到轮廓2上的每个轮廓点 的距离,并且将最短距离记录为ds。
3)如果ds小于dmin,则将dmin设置为ds。通过将轮廓1和轮 廓2上的轮廓点的位置存储在计算机可访问的存储器内来对其进行记 录。
4)移至轮廓1中的另一个轮廓点,重复步骤2)和3)。
5)在检查了轮廓1上的所有轮廓点时停止。
一旦已经为轮廓上的所有点确定了初始点,在第一实施例中就执 行下列最短距离确定步骤。
1)分别在轮廓1和轮廓2上选择具有最接近距离的两个点Pi和 Qj。
2)比较从Pi到Qj1的距离与从Pi1到Qj的距离。如果Pi和Qj1 间的距离较短,则选择Qj1来生成三角形面片PiQjQj1。如果Pi1和 Qj间的距离较短,则选择Pi1来生成三角形面片PiPi1Qj。参见图2, 图中用虚线示出了两个可能的选择。
3)迭代执行步骤1)和2),直至已经为三角测量选择了所有轮廓 点。
4)如果一个轮廓用完了轮廓点,则保持在该轮廓的终点并且在下 一次迭代中仅选择另一轮廓上的邻近点来生成三角形面片。
5)在已经为三角测量选择了所有轮廓点时停止。
图2、3、4和5示出了由最短距离度量进行三角测量的详细处理。 以下是可用于上述最短距离三角测量方法的伪代码。
k=num_contour_points1+num_contour_points2;
point_i=start_point1;
point_j=start_point2;
do{
 distance1=dist(point_i,point_j1);
 distance2=dist(point_i1,point_j);
if(distance1  point_j=point_j1;
  generate_triangle(i,j,j1);
 }else{
  point_i=point_i1;
  generate_triangle(i,i1,j);
 }
}while(k>0);
伪代码的含义如下:
k=轮廓1的点数+轮廓2的点数
点i=开始点1
点j=开始点2
do{
 距离1=dist(点i,点j);
 距离2=dist(点i1,点j);
if(距离1<距离2){
 点j=点j1;
 生成_三角形(i,i1,j);
}else{
 点i=点i1;
 生成_三角形(i,i1,j);
 }
}while(k>0);
根据第一实施例的最短距离解决方案假设由最短距离生成的三 角测量最接近于实际3D表面的近似。这在大多数情形中的确如此。 于是该解决方案就能形象化地生成一平滑表面,该表面可以实际上近 似任何复杂3D表面,诸如患者膝盖的胫骨或股骨。
图2示出对具有最短距离的初始点Pi和Qj的选择,而对两个候 选距离PiQj1和Pi1Qj做出的比较则在下一步骤中进行。图3示出了 选择Qj1作为最短距离,由此生成了三角形面片PiQjQj1。图4示出 了将Qj更新至一个新位置,而对两个候选距离PiQj1和Pi1Qj做出的 比较则在下一步骤中进行。Qj的新位置对应于前一步骤中Qj1的位置, 如图3所示。如果候选距离PiQj1是第二步骤的两个距离中的最短距 离,则生成三角形面片PiQjQj1。如果候选距离Pi1Qj是第二步骤的两 个距离中的最短距离,则随后代之以生成三角形面片PiPi1Qj。图5 示出了根据第一实施例的最短距离法在轮廓1与轮廓2的所有点之间 生成的三角形面片的最终图案500。
为每个相应的轮廓继续执行该最短距离法,以生成与例如由CT 扫描仪扫描的对象的真实形状相当近似的3D形状。
在第二实施例中,‘最接近定向’三角测量法经由计算机的三角 测量处理单元提供,该法在相邻的平行轮廓对之间生成三角形条带。 下文将详细解释根据第二实施例的‘最接近定向’三角测量法。与第 一实施例的目的相似,第二实施例提供与扫描对象的真实表面形状相 当近似的表面形状。第二实施例的三角测量处理单元可以具体化为可 由计算机执行的程序代码。
根据第二实施例,最接近定向方案的第一步骤是选择初始点。该 初始点的确定根据下列步骤完成:
1)将最接近定向Orientmax(最大定向)设为0。
2)从轮廓1上的一个轮廓点i开始,计算向量Vci到轮廓2上每 个轮廓点j的定向。该定向是向量Vci与Vcj的点积。将最接近定向 存储为Orientclosest(最接近定向)。
3)如果Orientclosest大于Orientmax,则将Orientmax设为 Orientclosest。存储轮廓1和轮廓2上的轮廓点的位置。
4)移至轮廓1上的另一个轮廓点,并且重复步骤2)和3)。
5)在检查了轮廓1上的所有轮廓点时停止。
一旦已经为轮廓上的所有点确定了初始点,在第二实施例中就执 行以下最接近定向的确定步骤。
1)该方案分别从相对于轮廓1和轮廓2的质心具有最接近定向的 两个点Pi和Qj开始。
2)下一步骤比较向量对(Vci,Vcj1)与(Vcj,Vci1)的定向。 如果(Vci,Vcj1)具有较接近的定向,则下一步骤将选择Qj1生成三 角形面片PiQjQj1。如果(Vcj,Vci1)具有较接近的定向,则下一步 骤将选择Pi1生成三角形面片PiPi1Qj。
3)迭代运行这些步骤直至为三角测量选择了所有轮廓点为止。
4)如果一个轮廓用完轮廓点,则最接近定向方案保持在该轮廓的 终点处,并且选择另一个轮廓上的邻近点以在下一次迭代中生成三角 形面片。
5)在已经为三角测量选择了所有轮廓点时该最接近定向确定方 案停止。
图6至图9示出了根据第二实施例的最接近定向度量进行的三角 测量的详细过程。图6示出了基于初始点选择步骤选择的初始点Pi 和Pj,并且由此在下一步骤比较定向对(Vci,Vcj1)和(Vcj,Vci1)。 图7示出了按最接近定向选择的Qj1,因为在该例中向量对(Vci,Vcj1 具有较接近的定向(较大值)。籍此就创建三角形面片PiQjQj1,如 图7所示。图8示出了将Qj更新至其新位置(即前一步骤中Qj1的位 置),而在这下一步骤中比较定向对(Vci,Vcj1)和(Vcj,Vci1)。 图9示出了通过使用第二实施例的最接近定向方案而从两个轮廓线生 成的三角形面片的最终图案900。
以下是可用于第二实施例的最接近定向方案的伪代码。
k=num_contour_points1+num_contour_points2;
point_i=start_point1;
point_j=start_point2;
do{
 oricnt1=oricntation(vector_ci,vector_cj1);
 oricnt2=oricntation(vector_ci1,vector_cj);
 if(orient1>orient2){
   point_j=point_j1;
   generate_triangle(i,j,j1);
  }else{
   point_i=point_i1;
   generate_triangle(i,i1,j);
 }
}while(k>0);
伪代码的含义如下:
k=轮廓1的点数+轮廓2的点数
点i=开始点1
点j=开始点2
do{
 定向1=定向(向量ci,向量cj);
定向2=定向(向量ci1,向量cj);
if(定向1>定向2){
  点j=点j1;
  生成_三角形(i,i1,j);
 }else{
  点i=点i1;
  生成_三角形(i,i1,j);
 }
}while(k>0);
最接近定向解决方案生成沿相对于轮廓质心的定向均匀分布的 三角测量。因而,最接近定向方案在轮廓具有相似的形状和定向并且 互为中心时是足以适用的。
现在将详细描述本发明的第三实施例。与第一和第二实施例相 似,第三实施例获得由扫描患者得到的扫描数据(例如由CT扫描获 得的数据)。根据该扫描数据,执行三角测量方案以便从扫描数据中 获得表面结构。在第三实施例中,首先执行如参考第一实施例描述的 最短距离方案。如果该方案的结果是可接受的,则该过程结束。如果 该方案的结果是不可接受的,则第三实施例对相同的扫描数据执行最 接近定向方案,并且将结果输出作为表面轮廓数据。
以下解释支持第三实施例的理由。第一实施例的最短距离方案适 用于许多复杂的3D表面近似。然而,当两个邻近轮廓的轮廓点数量 存在巨大差异(例如,一个轮廓比邻近轮廓短得多)并且一个轮廓接 近于另一轮廓的一侧的情况下,若根据最短距离方案,则会导致较短 轮廓上的许多点连接至另一轮廓的错误一侧上的轮廓点。这一情形在 图10中示出,其中d2比d1短得多,由此正确的连接结果d1反而不 满足最短距离度量。图11示出了当上部轮廓用完轮廓点时的三角形面 片。图12所示的扭曲的三角形面片将生成“钮扣”状的结构,它对应 于错误的或不正确的结果。然而,根据第二实施例的最接近定向方案 则可以这一情形中生成正确的结果。于是,根据第三实施例的所提议 的三角测量方案组合了两个方案。首先,它按最短距离解决方案生成 三角测量,如上参考第一实施例所解释的那样。如果检测到错误的结 果,则切换到最接近定向解决方案,如上参考第二实施例所解释的那 样,并且重新生成三角测量。这将保证表面是实际表面的良好近似并 且保证重构的正确性。
第三实施例的一个特征是确定第一三角测量方案在何种情况下 会提供‘错误的’结果。这可以通过检查两个相邻轮廓上的连接点的 相应质心向量来完成。如果相应的质心向量指向至少彼此相差90度的 方向,则检测到错误的结果。例如,现在转到图10,下部轮廓上的连 接点具有从下部轮廓的中心指向下部轮廓上的连接点的质心向量,而 在上部轮廓上的连接点具有从上部轮廓的中心指向上部轮廓上的连接 点的质心向量,而这两个质心向量指向的方向相差180度。因此,首 先停止第一最短距离三角测量方案,并在随后接着应用最接近定向三 角测量方案,以便从轮廓线中获得表面形状。在第三实施例中,在根 据最短距离方案构成了第一轮廓上的点到第二轮廓上的点的每个连接 之后,检查相应的质心向量,并且如果它们指示不正确的结果,第三 实施例就停止最短距离方案,删除这些结果,并且开始最接近定向方 案。
以下对如何通过检查步骤或检查单元检测最短距离三角测量方 案输出中的错误提供更详细的描述。
a)对于第一轮廓线上的每个点,确定第二轮廓线上最接近第一轮 廓线上该点的点。
b)将三角形的第一条边设置为连接第二轮廓线上最接近第一轮 廓线上该点的点的线段。
c)比较从第二轮廓线上的点到第一轮廓线上相邻于第一轮廓线 上该点的相邻点的第一距离与从第二轮廓线上的相邻点到第一轮廓线 上该点的第二距离。
d)基于步骤c)中执行的比较,将三角形的第二条边设置为连接第 一和第二距离中的较短者的线段,以及将三角形的第三条边设置为连 接第一轮廓线上该点与相邻点的线段,或者设置为连接第二轮廓线上 的点与相邻点的线段。
e)检查第一轮廓线上该点的质心向量到第二轮廓线上点的质心 向量的定向,如果定向大于预定值(例如90度),表面形状出错,否 则表面形状正确;其中,定向是通过计算第一轮廓线上所述点的质心 向量与第二轮廓线上点的质心向量的点积算出的,其中,负点积对应 于大于预定值(例如90度)的方向。
f)通过在第一轮廓线上或者在第二轮廓线上以顺时针方向或者以 逆时针方向移至下一个点来重复步骤a)至e),直至第一和第二轮廓线 上的所有点已被连接至第一和第二轮廓线中的另一轮廓线上的另一点 为止。
最短距离法和最接近定向法的三角测量方案输出是‘三角形集 合’列表。三个顶点的坐标被保存在存储器中,并在随后用于表面描 绘,以供显示器(例如计算机监视器)上显示。图13示出了作为使用 最短距离三角测量方案的错误三角形面片的结果所创建的三角形图案 1300的示例。造成这一错误的原因可以是例如至少一对相邻轮廓线彼 此具有相差较多的大小。图14示出了通过使用最接近定向三角测量方 案的正确的三角形面片而创建的三角测量图案1400的示例,其中该正 确的三角形面片是由最接近定向三角测量方案从用于生成图13的三 角形图案1300的相同轮廓中生成的。图15示出了由对象模型创建单 元生成的并且基于如图14所示生成的三角形面片来显示的表面形状 1500。根据三角形面片且随后根据层叠的经三角测量的轮廓生成表面 形状1500的处理是本领域周知的,并且出于简明的考虑将不在本申请 中讨论。然而,根据本发明的至少一种可能的实现,如图16所示的对 象模型创建单元255与常规的对象模型创建单元的不同之处在于,它 是通过使用相应的质心点作为各自从相应的顶部和底部轮廓上的相邻 点形成的多个三角形的顶点,而经由封闭层叠的经三角测量的轮廓中 的顶部和底部轮廓来创建表面形状(或模型)的顶部和底部部分。
图16示出用于实现本发明的第一、第二或第三实施例的一个可 能的系统200。在图16中,扫描单元(例如CT扫描仪)210扫描一 对象,诸如患者身体的一部分。扫描数据随后被提供给计算机205。 注意到扫描数据的分割可由扫描单元210或由计算机205执行。分配 单元220将多个点分配给从扫描数据中获得的每个轮廓线。第一三角 测量计算单元230对扫描数据执行最短距离三角测量方案,如上参考 第一实施例讨论的那样。检查单元250检查由第一三角测量计算单元 230生成的三角形中的错误,如上所解释的那样。第二三角测量计算 单元240对扫描数据执行最接近定向三角测量方案,如上参考第二实 施例讨论的那样。基于检查单元250已经确定的由第一三角测量计算 单元230生成的三角形面片中是否存在错误,第二三角测量计算单元 240将什么也不做,或者被指示对扫描数据执行其最接近定向处理。 根据检查单元250提供的指令,对象模型创建单元255从第一三角测 量计算单元230输出的三角形面片中或者从第二三角测量计算单元 240输出的三角形面片中生成表面形状或者对象模型。输出单元260 将对象模型创建单元255提供的表面形状输出至显示器。图16所示的 结构是用于第三实施例的。对于第一实施例,不提供第二三角测量计 算单元240和检查单元250,由此第一三角测量计算单元230生成的 三角形面片将直接提供给对象模型创建单元255并且随后提供给输出 单元260以供在显示器上输出。对于第二实施例,不提供第一三角测 量计算单元230和检查单元250,由此扫描数据直接从分配单元220 提供给第二三角测量计算单元240。
于是本发明的实施例提供轮廓三角测量设备和方法以便从包括 多个轮廓线的扫描图象数据中获得表面结构。通过考虑本文公开的本 发明的说明书和实践,本发明的其它实施例对于本领域技术人员将会 是显而易见的。本说明书和各示例应该被视为仅是示例性的。
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