專利名稱：對虛擬內(nèi)窺鏡檢查進行快速自動中心線提取的方法和設(shè)備的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用優(yōu)先權(quán)以此特別參考由本申請的發(fā)明者Bernhard Geiger等人于2003年5月14日提交的題目為“FAST AUTOMATIC CENTERLINE EXTRACTION(快速自動中心線提取)”的美國臨時申請No.60/470579(代理人案卷No.2003P06954US)，本申請要求該文獻的優(yōu)先權(quán)，并且其公開內(nèi)容在此通過參考而被并入本文。
還參考由本申請的一個發(fā)明者Bernhard Geiger于2004年1月8日提交的題目為“METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC LOCAL PATHPLANNING FOR VIRTUAL COLONOSCOPY(用于虛擬結(jié)腸鏡檢查的自動局部路徑設(shè)計的方法和設(shè)備)”的共同未決的美國專利申請No.10/753,703，其公開內(nèi)容在此通過參考而被并入本文使得其并不與本發(fā)明矛盾。
本申請通常涉及計算機視覺和成像系統(tǒng)、虛擬內(nèi)窺鏡檢查，以及更特別地涉及用于快速、自動中心線提取的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法諸如可用于包括虛擬結(jié)腸鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查。
背景技術(shù)：
虛擬結(jié)腸鏡檢查(VC)指的是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的計算機模擬進行診斷的方法，所述標(biāo)準(zhǔn)的計算機模擬是使用患者特定的三維(3D)解剖學(xué)數(shù)據(jù)集進行的最小侵入的內(nèi)窺鏡檢查程序。當(dāng)前內(nèi)窺鏡檢查程序的例子包括支氣管鏡檢查、竇鏡檢查(sinusoscopy)、上消化道內(nèi)鏡檢查、結(jié)腸鏡檢查、膀胱鏡檢查、心臟鏡檢查和尿道鏡檢查。非侵入獲得的患者特定解剖結(jié)構(gòu)的VC可視化避免了與真實內(nèi)窺鏡檢查相關(guān)的諸如穿孔、感染、出血等等的風(fēng)險，并且在執(zhí)行實際的內(nèi)窺鏡檢查之前給內(nèi)診鏡專家(endoscopist)提供重要的信息。這種信息和了解能夠最小化程序困難、降低患者發(fā)病率、增強訓(xùn)練并對治療結(jié)果寄以較好的理解。
在虛擬內(nèi)窺鏡檢查中，從二維(2D)計算機斷層掃描(CT)或磁共振(MR)數(shù)據(jù)例如通過體繪制(volume rendering)來產(chǎn)生3D圖像。目前的CT和MRI掃描儀典型地產(chǎn)生一組剖面圖像，這組剖面圖像聯(lián)合產(chǎn)生一組體數(shù)據(jù)。這些3D圖像被創(chuàng)建用于模擬來自于實際內(nèi)窺鏡檢查(諸如光纖內(nèi)窺鏡檢查)的圖像。
在虛擬內(nèi)窺鏡檢查中，并且尤其是在虛擬結(jié)腸鏡檢查中，期望將中心線確定為檢查程序的引導(dǎo)?，F(xiàn)有的用于計算這種中心線的技術(shù)典型地利用下列概念形態(tài)學(xué)算符(morphological operator)、距離變換、最小成本路徑、Dijkstra的算法等。對這種現(xiàn)有技術(shù)的參考可在例如下列文獻中找到Zhou等人的“Three-DimensionalSkeleton and Centerline Generation Based on an ApproximateMinimum Distance Field(基于近似最小距離域進行的三維骨骼和中心線產(chǎn)生)”(The Visual Computer，14303-314(1998))；Truyen、T.Deschamps、L.D.Cohen.的“Clinical evaluation of an automaticpath tracker for virtual colonoscopy(用于虛擬內(nèi)窺鏡檢查的自動路徑跟蹤儀的臨床評估)”(Medical Image Computing andComputer-Assisted Intervention(MICCAI)，Utrecht，Netherlands，2001年10月)；Chen等人在2000年2月12-18日召開的SPIE會議上發(fā)表的“A Fast Algorithm to GenerateCenterline for Virtual Colonscopy(產(chǎn)生用于虛擬結(jié)腸鏡檢查的中心線的快速算法)”；Richard Robb于1996年10月7-8日在www.mayo.edu上發(fā)表的“Virtual(Computed)EndoscopyDevelopment and Evaluation Using the Visible Human Datasets(虛擬(所計算的)內(nèi)窺鏡檢查使用可視人類數(shù)據(jù)集進行的開發(fā)和評估)”；和于2003年2月4日授予Kaufman等人的標(biāo)題為“Systemand method for performing a three-dimensional examination withcollapse correction(執(zhí)行具有毀損修復(fù)的三維檢查的系統(tǒng)和方法)”的美國專利6,514,082。

發(fā)明內(nèi)容
在此已經(jīng)認識到用于中心線計算的現(xiàn)有技術(shù)相對較慢，該現(xiàn)有技術(shù)諸如利用形態(tài)學(xué)算符、距離變換、最小成本路徑、Dijkstra的算法等概念的前述技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于中心線計算的方法呈現(xiàn)出對于結(jié)腸數(shù)據(jù)尤其有用的特征。
根據(jù)本發(fā)明的原理，在此已經(jīng)認識到能將3D環(huán)境中的中心線解釋為由邊界條件約束的具有最大直徑的球體的位置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括以通過所述圖像的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求C1和C2的步驟，以獲得已經(jīng)修改至期望程度的最終的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對各個球體進行居中的步驟包括(a)利用通過各個多面體仿造的球體；(b)對所仿造的第一球體進行居中，所仿造的第一球體與所述界面內(nèi)的可用空間相比相對較??；(c)檢查所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(d)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(e)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所仿造的第一球體被放大，直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(d)和(e)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大所仿造的第一球體的移動，于是(f)對于所述球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(e)，并通過連續(xù)連接所述球體的中心形成居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，步驟(d)包括促使所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，獲得計算出的力的步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對所述各個球體進行居中的步驟包括(A)利用通過各個多面體表示的所仿造的球體；(B)對所仿造的第一球體進行居中；(C)檢查所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(D)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(E)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(D)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大和不可能進一步移動所仿造的第一球體，然后進行到步驟(F)；和(F)對于所仿造的球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(f)，并通過連續(xù)連接所仿造的球體的中心形成居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，步驟(D)包括促使所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述獲得計算出的力的步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括在內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在所述數(shù)據(jù)集的初始和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑，所述初始路徑呈現(xiàn)出頂點；以所述頂點的連續(xù)頂點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有邊界壁的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用一系列連續(xù)增加的標(biāo)號號碼的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述初始體素的體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述具有所述第一標(biāo)號號碼的體素的各個體素的體素；通過用逐步增高的標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近在所述前述步驟中被編號的體素的那些體素而重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有最高標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最高標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有比所述第一體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有比所述第二體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑以便得到中間路徑，所述中間路徑呈現(xiàn)多個頂點；以第一頂點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以另外的頂點為所述多個各個球體為中心，所述多個各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；和形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑；和選擇性地重復(fù)上面列出的步驟直到所述居中路徑已又被進一步修改至期望的平滑程度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有邊界的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用漸進系列的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記所述初始體素的第一相鄰體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記所述第一相鄰體素的下一個相鄰體素；重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有所述系列的最后的標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最后的標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有先于所述第一體素的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有先于所述第二體素的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始體素和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑以便得到中間路徑；已所述中間路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有邊界壁的器官的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用一系列連續(xù)增加的標(biāo)號號碼的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述初始體素的體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述具有所述第一標(biāo)號號碼的體素的各個體素的體素；通過利用漸進增高的標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近在所述前述步驟中被編號的體素的那些體素而重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有最高標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最高標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有比所述第一體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有比所述第二體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始體素和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑以便得到中間路徑，所述中間路徑呈現(xiàn)出多個頂點；以第一頂點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以另外的頂點為所述多個各個球體的中心，所述多個各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有界面的結(jié)腸的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在所述數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對具有界面的結(jié)腸的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的設(shè)備包括用于通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集的設(shè)備；用于在來自于結(jié)腸鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑的設(shè)備；用于以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心的設(shè)備，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和用于形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括以通過所述圖像的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種對表示具有界面的對象的數(shù)據(jù)集進行自動中心線提取的方法包括以通過所述對象的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從所述數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述形成居中路徑的步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求1和2的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對所述各個球體進行居中的步驟包括(a)利用通過各個多面體仿造的球體；(b)對所仿造的第一球體進行居中，所仿造的第一球體與所述界面內(nèi)的可用空間相比相對較小；(c)檢查所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(d)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(e)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(d)和(e)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大所仿造的第一球體的移動，于是(f)對于所述球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(e)，并通過連續(xù)連接所述球體的中心形成居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，步驟(d)包括促使所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，獲得計算出的力的步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對所述各個球體進行居中的步驟包括(A)利用通過各個多面體表示的所仿造的球體；(B)對所仿造的第一球體進行居中；(C)檢查所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(D)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(E)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(D)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大和不可能進一步移動所仿造的第一球體，然后進行到步驟(F)；和(F)對于所仿造的球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(B)到(E)，并通過連續(xù)連接所仿造的球體的中心形成居中路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，步驟(D)包括促使所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述獲得計算出的力的步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
附圖簡述從下面結(jié)合附圖所述的詳細說明中將能更完全地理解本發(fā)明，其中

圖1和2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的初始體素路徑(voxelpath)、初始平滑步驟和最后的居中；和圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的居中步驟的細節(jié)。
發(fā)明詳述應(yīng)該理解，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)優(yōu)選的是利用可編程數(shù)字計算機來實現(xiàn)的，并且在此所述的操作均是關(guān)于這種實現(xiàn)。在成像的環(huán)境中，諸如“外觀(air)”、“內(nèi)腔”等的術(shù)語典型地意圖指這些特征的相應(yīng)成像。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，結(jié)腸分割(segmentation)包括執(zhí)行起點和終點計算，和執(zhí)行如此后所述的初始路徑計算。這之后是路徑居中和平滑處理。
通常，根據(jù)本發(fā)明的方法以使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議已經(jīng)獲得的結(jié)腸數(shù)據(jù)集來開始，所述結(jié)腸鏡檢查協(xié)議典型地包括灌腸(bowelpreparation)和空氣吹入法。通過對空氣施加閾值并對所連接的部分進行分析來對所述數(shù)據(jù)集進行分割，由此自動地或通過手動選擇放棄不屬于結(jié)腸的連接部分。
然而注意，本發(fā)明的方法可應(yīng)用于其它虛擬內(nèi)窺鏡檢查，并且通常確實可應(yīng)用于具有界面的腔體。另外，本發(fā)明的方法可應(yīng)用于不必為虛擬內(nèi)窺鏡檢查準(zhǔn)備的其它數(shù)據(jù)集，諸如具有反差的血管。中心線方法具有其它可能的應(yīng)用，包括在彼此上配準(zhǔn)或映射兩條中心線、測量、沿脈管定義垂直剖面、分割和可視化。
本方法的實施例包括A.結(jié)腸分割；B.起點和終點計算；C.初始路徑計算；和D.路徑居中和平滑。
在步驟A，結(jié)腸分割以使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議(例如，灌腸、空氣吹入法等等)已經(jīng)獲得的結(jié)腸數(shù)據(jù)集來開始。通過對空氣施加閾值并對所連接的部分進行分析對所述數(shù)據(jù)集進行分割。自動地或通過手動選擇放棄不屬于結(jié)腸的連接部分。
在步驟B、即起點和終點計算中，從屬于結(jié)腸的第一體素開始執(zhí)行距離標(biāo)記。該第一體素被標(biāo)記為0，與其相鄰的被標(biāo)記為1，與它們相鄰的被標(biāo)記為2，以此類推。然后對具有最高標(biāo)號的體素進行搜索。這被指定為起點p0。從p0開始，通過重復(fù)步驟B并獲得另一個具有最高號碼的體素來產(chǎn)生新的距離標(biāo)號映象。這被指定為終點p1。
在步驟C、即初始路徑計算中，起始于p1，使用所述距離標(biāo)號來獲得在p0結(jié)束的所連接的體素的路徑。這是通過下列過程進行的在p1的鄰居中搜索具有較小標(biāo)號的體素，存儲該位置，然后在這個體素的鄰居中搜索具有較小標(biāo)號的體素，以此類推，直到到達p0。參見圖1a。應(yīng)注意前述的初始路徑計算只是借助例子給出的，并且在本發(fā)明的可替換的實施例中，對于該計算其它適當(dāng)?shù)牟襟E也可被利用。
在步驟D、即路徑居中和平滑處理中，最終得到的初始路徑通常是鋸齒狀的并通過例如應(yīng)用高斯平滑的已知技術(shù)進行平滑處理。任何頂點由其n個鄰居的加權(quán)均值來替換，其中n是根據(jù)期望的平滑類型的特性選擇的常量，其中n的較大或較小的值將確定在其上獲得均值的區(qū)域的范圍。多次反復(fù)重復(fù)該過程。對于與結(jié)腸壁或界面發(fā)生的碰撞通過檢驗新的坐標(biāo)是否仍然落在所分割的結(jié)腸內(nèi)來測試任何新的頂點位置。在碰撞的情況下，頂點被保留在最后不受碰撞的位置處。最終得到的路徑可借助來自靜態(tài)機構(gòu)場的有益類似進行顯示，其中用于此過程的最終路徑類似通過撕開通過結(jié)腸的無質(zhì)量柔順弦(flexible string)的兩端得到的路徑，參見圖1b。
使用尺寸逐漸增大的球體對該平滑路徑進行居中。參見圖3。應(yīng)該理解，本文中的球體由具有充足數(shù)量的用于可接受的閉合表示的面的多面體結(jié)構(gòu)來表示。這樣一種多面體呈現(xiàn)出在此處不與路徑頂點混淆的頂點。一個小球在沿路徑的一個頂點處被居中。
檢查該球體上的頂點與結(jié)腸壁的碰撞。如果頂點發(fā)生了碰撞，則根據(jù)球體法線來定義和計算平移力。該力用于從所述壁移開球體。所述球體被約束在垂直于所述路徑的平面上移動。如果球體不再發(fā)生碰撞，則增加球體的尺寸并重復(fù)碰撞計算和移位。當(dāng)所述球體在沒有產(chǎn)生碰撞的情況下不能再進一步移動和/或增加時，所述過程停止。因此，所述球體呈現(xiàn)出不與壁碰撞的最大尺寸。球體的中心現(xiàn)在被看作是頂點的新位置。所述過程對于下一個軌道的頂點進行重復(fù)。參見圖1c。在居中之后，所述路徑利用碰撞控制執(zhí)行另一個高斯平滑處理。這次使用了更少的迭代和更小的鄰域。
關(guān)于碰撞檢測技術(shù)和平移力的計算的說明在Geiger，B.的出版物“Real-Time Collision Detection and Response for ComplexEnvironments(對于復(fù)雜環(huán)境的實時碰撞檢測和響應(yīng))”(ComputerGraphics International 2000；2000年6月19-23日；Geneva，Switzerland)中被給出。該文章的公開內(nèi)容在不與本發(fā)明矛盾的情況下通過參考而被并入本文，所述文章提出了一種很好地適用于復(fù)雜環(huán)境的碰撞檢測方法，所述復(fù)雜環(huán)境諸如從醫(yī)學(xué)成像獲得的那些和針對處于永久接觸的對象的復(fù)雜環(huán)境。所述方法是基于點-非四面體-網(wǎng)格(point-intetrahedral-mesh)詢問?？臻g和時間一致性被用于獲得交互式速度。除了碰撞檢測外，所述系統(tǒng)還計算能夠用于碰撞響應(yīng)的力和扭矩。
然而，本發(fā)明中的碰撞檢測和力計算優(yōu)選的是直接在體素上而不是在多面體重構(gòu)上完成的，盡管其通常遵循前述的Geiger的論文中所概述的方法。
總之，圖1a和2a示出初始體素路徑，圖1b和2b示出初始平滑步驟，以及圖1c和2c表示最后的居中。圖3在a處示出居中步驟，其中球體被設(shè)置在頂點位置處。在圖3中，在b處，球體尺寸增加直到它與壁碰撞。從該碰撞中計算平移力。在圖3中，在c處，施加平移直到球體不再發(fā)生碰撞。球體尺寸再一次增加并且現(xiàn)在它與壁碰撞。在d處計算平移。在已經(jīng)發(fā)生平移之后，球體到達不能再進一步增長的位置。這就是最終的頂點位置，在圖3中的e處。
所使用的主要示例是虛擬內(nèi)窺鏡檢查的例子；然而，本發(fā)明的方法可應(yīng)用于其它虛擬內(nèi)窺鏡檢查，并且通?？纱_實應(yīng)用于具有界面的腔體。
需要特別強調(diào)的是本發(fā)明的方法可適用于不必為虛擬內(nèi)窺鏡檢查準(zhǔn)備的其它數(shù)據(jù)集、諸如具有反差的血管，如上面已經(jīng)陳述的。中心線方法具有其它可能的應(yīng)用，包括在彼此上配準(zhǔn)或映射兩條中心線、測量、沿脈管定義垂直剖面、分割和可視化。
已經(jīng)借助示例性實施例說明了本發(fā)明。對于本領(lǐng)域所屬的普通技術(shù)人員應(yīng)該顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可作出各種改變和替換。例如，如將意識到的，體素的連續(xù)編號是以數(shù)值升序方便地進行的，并且很明顯可以使用降序序列或標(biāo)記的任何其他標(biāo)記順序序列。對于另一個例子，可以等價的方式對獲取初始路徑的方法產(chǎn)生變更。因此，任何獲得初始路徑的適當(dāng)方式都可用于替換上面借助例子對于結(jié)腸分割、起點和終點計算和/或初始路徑計算的步驟所述的步驟。如果給出適當(dāng)?shù)某跏悸窂?，那么就可?zhí)行路徑居中和平滑的步驟。
后附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明企圖覆蓋這些和類似的變化和替換。
權(quán)利要求
1.一種對具有界面的器官的內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集進行自動中心線提取的方法，其包括以通過所述圖像的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求1和2的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(a)利用通過各個多面體仿造的球體；(b)對所仿造的第一球體進行居中，所仿造的第一球體與所述界面內(nèi)的可用空間相比相對較??；(c)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(d)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(e)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(d)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大所述所仿造的第一球體的移動，于是(f)對于所述球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(e)，并通過連續(xù)連接所述球體的中心形成居中路徑。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中步驟(d)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(A)利用通過各個多面體表示的所仿造的球體；(B)對所仿造的第一球體進行居中；(C)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(D)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(E)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(D)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大和不可能進一步移動所述所仿造的第一球體，然后進行到步驟(F)；和(F)對于所述所仿造的球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(B)到(E)，并通過連續(xù)連接所述所仿造的球體的中心形成居中路徑。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(D)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
11.一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括在內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求12和13所述的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
15.一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求C1和C2所述的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(a)利用通過各個多面體仿造的球體；(b)對所仿造的第一球體進行居中，所仿造的第一球體與所述界面內(nèi)的可用空間相比相對較??；(c)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(d)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(e)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(d)和(e)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大所述所仿造的第一球體的移動，于是(f)對于所述球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(e)，并通過連續(xù)連接所述球體的中心形成居中路徑。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中步驟(d)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(A)利用通過各個多面體表示的所仿造的球體；(B)對所仿造的第一球體進行居中；(C)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(D)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(B)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(D)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大和不可能進一步移動所述所仿造的第一球體，然后進行到步驟(G)；和(F)對于所述所仿造的球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(B)到(E)，并通過連續(xù)連接所述所仿造的球體的中心形成居中路徑。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(D)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
25.一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在所述數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑，所述初始路徑呈現(xiàn)出頂點；以所述頂點的連續(xù)頂點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述形成居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求C1和C2所述的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
29.一種對具有邊界壁的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用一系列連續(xù)增加的標(biāo)號號碼的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述初始體素的體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近具有所述第一標(biāo)號號碼的所述體素的各個體素的體素；通過用逐步增高的標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近在所述前述步驟中編號的體素的那些體素而重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有最高標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最高標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有比所述第一體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有比所述第二體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始體素和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑，以便得到中間路徑，所述中間路徑呈現(xiàn)多個頂點；以第一頂點為球體的中心，該球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以另外的頂點為所述多個各個球體的中心，所述多個各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的最大直徑；以及形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；和形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其中形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；和形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑；和選擇性地重復(fù)上面列出的步驟直到所述居中路徑已又被進一步修改至期望的平滑程度。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
34.一種對具有邊界的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用內(nèi)窺鏡檢查協(xié)議獲得內(nèi)窺鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用漸進系列的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記所述初始體素的第一相鄰體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記所述第一相鄰體素的下一個相鄰體素；重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有所述系列的最后的標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最后的標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有先于所述第一體素的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有先于所述第二體素的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始體素和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑，以便得到中間路徑；以所述中間路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界的各自最大直徑；以及形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中建立初始路徑的所述步驟包括建立呈現(xiàn)頂點的初始路徑；和以所述中間路徑的所選擇的點為各個球體的中心的所述步驟包括以所述頂點為所述各個球體的中心。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑；和選擇性地重復(fù)上面列出的步驟直到所述居中路徑已又被進一步修改至期望的平滑程度。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中建立初始路徑的所述步驟包括建立呈現(xiàn)頂點的初始路徑；和以所述中間路徑的所選擇的點為各個球體的中心的所述步驟包括以所述頂點為所述各個球體的中心。
38.一種對具有邊界壁的器官的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；以所述數(shù)據(jù)集中的初始體素開始，用一系列連續(xù)增加的標(biāo)號號碼的第一標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近所述初始體素的體素；用所述系列的第二標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近具有所述第一標(biāo)號號碼的所述體素的各個體素的體素；通過用漸進增高的標(biāo)號號碼來標(biāo)記鄰近在所述前述步驟中編號的體素的那些體素而重復(fù)前述步驟，直到到達使體素具有最高標(biāo)號號碼的終點；起始于具有所述最高標(biāo)號號碼的第一體素，搜索具有比所述第一體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第二體素，并存儲其位置；起始于所述第二體素，搜索具有比所述第二體素小的標(biāo)號號碼的相鄰的第三體素并存儲其位置；重復(fù)前述步驟直到到達所述初始體素，由此在所述初始體素和所述第一體素之間建立通過所述圖像的初始路徑；平滑所述初始路徑，以便得到中間路徑，所述中間路徑呈現(xiàn)出多個頂點；以第一頂點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以另外的頂點為所述多個各個球體的中心，所述多個各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；以及形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；以及形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑；以所述居中路徑的所選擇的第一點為球體的中心，所述球體呈現(xiàn)出沒有接收所述壁的最大直徑；以所述居中路徑的進一步選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述邊界壁的各自最大直徑；形成修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑；和選擇性地重復(fù)上面列出的步驟直到所述居中路徑已又被進一步修改至期望的平滑程度。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述第一點和所述另外的點包括所述居中路徑的頂點。
43.一種對具有界面的結(jié)腸的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法，其包括通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集；在所述數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑；以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述形成居中路徑的步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
45.如權(quán)利要求39所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
46.如權(quán)利要求44所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求C1和C2所述的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
47.一種對具有界面的結(jié)腸的虛擬結(jié)腸鏡檢查圖像進行自動中心線提取的設(shè)備，其包括用于通過使用結(jié)腸鏡檢查協(xié)議獲得結(jié)腸鏡檢查體素數(shù)據(jù)集的裝置；用于在來自于結(jié)腸鏡檢查數(shù)據(jù)集的初始體素和最后的體素之間獲得通過所述圖像的初始路徑的裝置；用于以所述初始路徑的所選擇的點為各個球體的中心的裝置，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和用于形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的裝置。
48.一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的設(shè)備，其包括用于以通過所述圖像的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心的裝置，所述初始路徑是從內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集中獲得的；和用于形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑的裝置。
49.一種對表示具有界面的對象的數(shù)據(jù)集進行自動中心線提取的方法，其包括以通過所述對象的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從所述數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括平滑所述居中路徑以形成修改過的居中路徑。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括以所述修改過的居中路徑的所選擇的點為各個球體的中心，所述各個球體呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑；和形成進一步修改過的連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其中形成居中路徑的所述步驟包括重復(fù)執(zhí)行權(quán)利要求1和2所述的步驟，以獲得已經(jīng)被修改至期望程度的最終的居中路徑。
53.如權(quán)利要求49所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(a)利用通過各個多面體仿造的球體；(b)對所仿造的第一球體進行居中，所述所仿造的第一球體與所述界面內(nèi)的可用空間相比相對較??；(c)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(d)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(e)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(d)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大所述所仿造的第一球體的移動，于是(f)對于所述球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(b)到(e)，并通過連續(xù)連接所述球體的中心形成居中路徑。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其中步驟(d)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
56.如權(quán)利要求49所述的方法，其中對所述各個球體進行居中的所述步驟包括(A)利用通過各個多面體表示的所仿造的球體；(B)對所仿造的第一球體進行居中；(C)檢查所述所仿造的第一球體的頂點和所述界面之間的碰撞；(D)在所述邊界的一個點處檢測到碰撞的情況下，獲得從所述界面的所述點移開所述所仿造的球體以結(jié)束所述碰撞的計算出的力；(E)在(A)沒有碰撞和(B)碰撞中的至少一個已經(jīng)結(jié)束的情況下，所述所仿造的第一球體被放大直到檢測到碰撞，于是重復(fù)步驟(D)直到在沒有檢測到碰撞的情況下不可能進一步放大和不可能進一步移動所述所仿造的第一球體，然后進行到步驟(F)；和(F)對于所述所仿造的球體中的每個剩余球體重復(fù)步驟(B)到(E)，并通過連續(xù)連接所述所仿造的球體的中心形成居中路徑。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中步驟(D)包括促使所述所仿造的球體在垂直于所述初始路徑的平面上移動的所述力。
58.如權(quán)利要求56所述的方法，其中獲得計算出的力的所述步驟包括通過利用空間和時間一致性獲得交互式速度。
全文摘要
一種對具有界面的器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查圖像進行自動中心線提取的方法包括以通過所述圖像的初始路徑的所選擇的點為呈現(xiàn)出沒有接觸所述界面的各自最大直徑的各個球體的中心，所述初始路徑是從內(nèi)窺鏡檢查數(shù)據(jù)集中獲得的；和形成連續(xù)連接所述球體的中心的居中路徑。
文檔編號G06T15/00GK1788284SQ200480013028
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者B·蓋格, J·－D·布瓦索納特 申請人:西門子共同研究公司, 英利亞公司