專利名稱：一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)人體器官內(nèi)腔進(jìn)行快速構(gòu)建三維幾何模型的方法和系統(tǒng)，尤其 涉及一種利用安裝在導(dǎo)管頭部的三維定位傳感器對(duì)人體器官內(nèi)腔進(jìn)行快速構(gòu)建三 維幾何模型的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
房顫是一種源于心房的心律不齊，通常導(dǎo)致心房跳動(dòng)速度超過每分鐘300次。 在美國(guó)大約有220萬房顫患者，2006年新增的房顫病例達(dá)到20萬，而中國(guó)的房顫 患者在1000萬以上。中國(guó)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，房顫患者發(fā)生中風(fēng)的幾率是正常人的6 倍，且房顫患者常感到心悸、胸悶、氣喘，生活質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響。目前的肺靜 脈隔離技術(shù)在治療突發(fā)性房顫中取得了 85%的成功率。肺靜脈隔離術(shù)是指從腹股溝 的大靜脈插入一根有頭電極的導(dǎo)管達(dá)到左心房并在環(huán)肺靜脈處進(jìn)行射頻消融的微 創(chuàng)治療方法。醫(yī)生在進(jìn)行房顫手術(shù)時(shí)主要依賴于X光透視。X光透視的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，至 少有15幀/秒以上的刷新速度；成像區(qū)域大，整個(gè)心臟區(qū)域都可以顯示；導(dǎo)管和導(dǎo) 絲等器械在X光下成像清晰。X光透視的缺點(diǎn)是只能提供二維平面圖像，沒有深度 信息，當(dāng)導(dǎo)管靜止時(shí)不易識(shí)別它的指向。近幾年來三維標(biāo)測(cè)技術(shù)在治療房顫中得到廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)可以實(shí)時(shí)跟 蹤導(dǎo)管頭部的三維坐標(biāo)，通過導(dǎo)管頭部直接接觸心腔內(nèi)壁采集一些三維數(shù)據(jù)點(diǎn)來構(gòu) 建心腔的幾何模型。在手術(shù)中，構(gòu)建的心腔幾何模型和導(dǎo)管頭部位置一起顯示，配 合電生理信號(hào)的分析，可以幫助醫(yī)生對(duì)心律不齊的病灶進(jìn)行診斷。三維標(biāo)測(cè)技術(shù)可 以有效地減少手術(shù)時(shí)間，X光曝光時(shí)間，并提高手術(shù)成功率。通過心腔內(nèi)壁的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)建心腔的幾何模型，常用的是基于表面收縮的 算法。這種方法初始化一個(gè)球面或橢球面包絡(luò)所有三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，隨后不斷收縮表面， 直到表面接觸到三維數(shù)據(jù)點(diǎn)。該方法適合對(duì)類似球體的內(nèi)腔構(gòu)建，但對(duì)左心房帶有肺靜脈分支的內(nèi)腔，其整體構(gòu)建功能不足，需要對(duì)左心房和肺靜脈分別進(jìn)行構(gòu)建。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾 何模型的方法，適合復(fù)雜腔體的快速構(gòu)建，尤其在治療房顫的手術(shù)中可以對(duì)左心房 和肺靜脈進(jìn)行整體重建。本發(fā)明的另一目的在于提供了一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系 統(tǒng)，適合復(fù)雜腔體的快速構(gòu)建，尤其在治療房顫的手術(shù)中可以對(duì)左心房和肺靜脈進(jìn) 行整體重建。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明揭示了一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模 型的方法，包括(1) 將一個(gè)或多個(gè)傳感元件導(dǎo)入器官內(nèi)腔；(2) 在內(nèi)腔中移動(dòng)該傳感元件以采集內(nèi)腔的空間位置信息，從而探知內(nèi)腔所 在的位置或范圍；(3) 根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾何模型。 上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述傳感元件為三維定位傳感器。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述三維定位傳 感器的定位方式包括電磁感應(yīng)定位或電場(chǎng)定位。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述三維定位傳 感器可以安裝于一根導(dǎo)管的頭部?jī)?nèi)。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述傳感元件采 集的空間位置信息是相對(duì)于空間參考點(diǎn)的三維位置信息，也可以同時(shí)包括傳感元件 走向的切向量信息。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述切向量信息 可以由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示，也可以由旋轉(zhuǎn)矩陣表示。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，所述三維位置信 息可以由所述傳感元件直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感元件通過插值獲 得。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，步驟(2)進(jìn)一步包括(a) 先由傳感元件在內(nèi)腔向四周腔壁移動(dòng)，根據(jù)采集的空間位置信息，估算 出內(nèi)腔在空間上的大體位置；(b) 在估算出的內(nèi)腔空間內(nèi)，移動(dòng)傳感元件使其達(dá)到內(nèi)腔空間內(nèi)的各個(gè)位置， 從而探知內(nèi)腔所在的位置和范圍。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，在步驟(a)中， 直接讓傳感元件觸及內(nèi)腔的上、下、左、右、前、后六個(gè)面，以估算內(nèi)腔在空間上 的大體位置。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，步驟(b)進(jìn)一步包括(b. 1)將估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多個(gè)小塊單元并將該些小塊單元初始化為非空單元；(b.2)在估算的內(nèi)腔空間內(nèi)移動(dòng)傳感元件，對(duì)傳感元件所經(jīng)過的小塊單元做標(biāo)記以標(biāo)識(shí)該小塊單元為空單元。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，在步驟(3)中，通過將空單元與非空單元之間的位置提取出來，形成內(nèi)腔壁的位置，完成三維幾何 模型的構(gòu)建。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，如果傳感元件沒 有完全遍歷整個(gè)內(nèi)腔，就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建出的內(nèi)腔壁出現(xiàn)非空結(jié)構(gòu)，則可以采用圖像處 理中的閉合算法消除被隔離的各組小單元，或者在提取內(nèi)腔壁表面后去除表面積較 小的結(jié)構(gòu)，或者在網(wǎng)格化時(shí)采用比此前更大的網(wǎng)格。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，在提取內(nèi)腔壁時(shí)采用Marching Cube的表面提取算法。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其中，如果提取出的內(nèi) 腔壁表面不光滑，可使用幾何平滑算法產(chǎn)生光滑幾何模型。本發(fā)明另外揭示了一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，包括 信息釆集裝置，用于采集器官表面的空間位置信息；信息處理裝置，用于處理通過該信息采集裝置采集的空間位置信息，進(jìn)而探知內(nèi)腔所在的位置或范圍；幾何模型構(gòu)建裝置，用于根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾 何模型。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述的信息采集 裝置包含一個(gè)或多個(gè)傳感元件。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述傳感元件為 三維定位傳感器。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述三維定位傳 感器的定位方式包括電磁感應(yīng)定位或電場(chǎng)定位。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述三維定位傳 感器可以安裝于一根導(dǎo)管的頭部?jī)?nèi)。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述傳感元件采 集的空間位置信息是相對(duì)于空間參考點(diǎn)的三維位置信息，也可以同時(shí)包括傳感元件 走向的切向量信息。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述切向量信息 可以由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示，也可以由旋轉(zhuǎn)矩陣表示。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述三維位置信 息可以由所述傳感元件直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感元件通過插值獲 得。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述的信息處理 裝置進(jìn)一步包括位置信息估算模塊，用于根據(jù)在內(nèi)腔中向四周腔壁移動(dòng)的該傳感元件所采集 得到的空間位置信息，估算出內(nèi)腔在空間上的大體位置；位置信息探知模塊，用于根據(jù)該傳感元件在所估算出的內(nèi)腔空間內(nèi)的各個(gè)位 置，探知內(nèi)腔所在的位置和范圍。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述位置信息估 算模塊進(jìn)一步可用于通過直接將傳感元件觸及內(nèi)腔的上、下、左、右、前、后六個(gè) 面，對(duì)以估算出內(nèi)腔在空間上的大體位置。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述的位置信息探知模塊進(jìn)一步包括網(wǎng)格化單元，用于將該位置信息估算模塊估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多個(gè)小塊單元；初始化單元，用于將網(wǎng)格化處理后的小塊單元初始化為非空單元； 標(biāo)識(shí)單元，用于將傳感元件在估算的內(nèi)腔空間內(nèi)移動(dòng)時(shí)所經(jīng)過的小塊單元標(biāo) 記為空單元。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述幾何模型構(gòu) 建裝置進(jìn)一步包括提取模塊，用于將空單元與非空單元之間的位置提取出來，完成 對(duì)內(nèi)腔三維幾何模型的構(gòu)建。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，如果所述的傳感 元件沒有完全遍歷整個(gè)內(nèi)腔，則該幾何模型構(gòu)建裝置采用圖像處理中的閉合算法消 除被隔離的各組小單元，或者在提取內(nèi)腔壁表面后去除表面積較小的結(jié)構(gòu)，或者該 網(wǎng)格化單元在網(wǎng)格化時(shí)采用比此前更大的網(wǎng)格。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述的提取模塊 采用Marching Cube的表面提取算法提取內(nèi)腔壁。上述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其中，所述的幾何模型 構(gòu)建裝置進(jìn)一步包括平滑模塊，在所提取出的內(nèi)腔壁表面不光滑時(shí)使用幾何平滑算 法產(chǎn)生光滑幾何模型。本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本發(fā)明的方法和系統(tǒng)是在導(dǎo)管頭部 安裝三維定位傳感器，通過導(dǎo)管頭部在人體器官內(nèi)腔的移動(dòng)來快速采集大量的三維 位置信息，從而探知內(nèi)腔所在位置和范圍，進(jìn)而構(gòu)建內(nèi)腔的幾何模型。對(duì)某些內(nèi)部 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的人體器官例如左心房帶有肺靜脈分支的內(nèi)腔來說，現(xiàn)有技術(shù)需要對(duì) 左心房和肺靜脈分別進(jìn)行構(gòu)建，而本發(fā)明則可以對(duì)左心房和肺靜脈進(jìn)行整體重建以 構(gòu)建成一個(gè)完整的幾何模型，構(gòu)建的內(nèi)腔表面可用于圖像導(dǎo)航的微創(chuàng)手術(shù)，對(duì)醫(yī)生 的診斷和操作都有很大幫助。


圖1是本發(fā)明的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法的較佳實(shí)施例的 流程圖。圖2是本發(fā)明的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的 框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖1示出了本發(fā)明的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法的較佳實(shí)施 例的流程。請(qǐng)參見圖1，下面是對(duì)該方法中各步驟的詳細(xì)描述。步驟S10:將頭部安裝有三維定位傳感器的導(dǎo)管插入人體器官內(nèi)腔。在導(dǎo)管頭部安裝的三維定位傳感器可以有一個(gè)或多個(gè)，其定位方式包括電磁 感應(yīng)定位或電場(chǎng)定位等。導(dǎo)管頭部安裝的三維定位傳感器采集的空間位置信息是相對(duì)于空間某一參考 點(diǎn)的三維位置信息，也可以同時(shí)包括導(dǎo)管走向的切向量信息，其中切向量信息可以 由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示或由旋轉(zhuǎn)矩陣表示。導(dǎo)管頭部采集的三維位置信息可以通過三維定位傳感器直接釆集獲得，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的計(jì)算方式獲得。步驟S11:先由導(dǎo)管在內(nèi)腔向四周腔壁移動(dòng)，根據(jù)采集的空間位置信息估算出 內(nèi)腔在空間上的大體位置或范圍。在估算內(nèi)腔大體位置的過程中，可以直接讓導(dǎo)管頭部觸及內(nèi)腔的上、下、左、 右、前、后六個(gè)面，以估算內(nèi)腔在空間上的大體位置。步驟S12:將估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多個(gè)小塊單元。在內(nèi)腔空間網(wǎng)格化時(shí)，網(wǎng)格大小是可以調(diào)整的。更小的網(wǎng)格能構(gòu)建出更精確 的內(nèi)腔壁，但計(jì)算量大且速度慢。相反，更大的網(wǎng)格構(gòu)建出的內(nèi)腔壁不很精確，但 構(gòu)建速度快。步驟S13:初始化所有的小塊單元為非空單元。步驟S14:在估算的內(nèi)腔空間中移動(dòng)導(dǎo)管，對(duì)導(dǎo)管頭部經(jīng)過的小塊單元做標(biāo)記 以標(biāo)識(shí)其為空單元。步驟S15:在導(dǎo)管遍歷整個(gè)內(nèi)腔空間后，提取空單元與非空單元之間的位置， 形成內(nèi)腔壁的位置。在遍歷過程中，所采集的點(diǎn)隨著時(shí)間累計(jì)會(huì)越來越多，曾經(jīng)的釆集點(diǎn)可以存儲(chǔ)，也可以刪除，不影響繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間采集更多的點(diǎn)以構(gòu)建更精確的內(nèi)腔壁。提取內(nèi)腔壁的算法可以是Marching Cube或其他的表面提取算法。 步驟S16:判斷所構(gòu)建的內(nèi)腔壁中是否出現(xiàn)非空結(jié)構(gòu)。如果出現(xiàn)非空結(jié)構(gòu)則進(jìn) 入步驟S17，否則進(jìn)入步驟S18。步驟S17:清除內(nèi)腔壁中的非空結(jié)構(gòu)。清除的方法有多種(1)釆用圖像處理中的閉合算法以消除被隔離的各組小 單元；(2)提取內(nèi)腔壁表面后去除表面積較小的結(jié)構(gòu)；(3)采用比步驟S12更大 的網(wǎng)格來劃分。在實(shí)際實(shí)施時(shí)可采用以上方法中的某一種或多種方法一起使用。步驟S18:判斷提取出的內(nèi)腔壁是否光滑。如果不光滑則進(jìn)入步驟S19，否則 流程結(jié)束。步驟S19:用幾何平滑算法產(chǎn)生光滑幾何模型，以使提取出的內(nèi)腔壁更光滑。通過本發(fā)明的方法構(gòu)建的人體器官內(nèi)腔模型，還可以包括管狀結(jié)構(gòu)，比如肺 靜脈、大動(dòng)脈等。圖2示出了本發(fā)明的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)的原理。請(qǐng) 參見圖2，下面是對(duì)系統(tǒng)各模塊的原理的詳細(xì)描述。系統(tǒng)包括信息采集裝置10、信息處理裝置20和幾何模型構(gòu)建裝置30。信息 采集裝置10包含一個(gè)或多個(gè)傳感元件100，用于采集器官表面的空間位置信息。 在本實(shí)施例中，傳感元件100是三維定位傳感器，其定位方式包括電磁感應(yīng)定位或 者電場(chǎng)定位。三維定位傳感器100可安裝于儀器的一個(gè)導(dǎo)管的頭部?jī)?nèi)。傳感元件 100采集的空間位置信息是相對(duì)于空間參考點(diǎn)的三維位置信息，也可以同時(shí)包括傳 感元件走向的切向量信息，切向量信息可以由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示，也可 以由旋轉(zhuǎn)矩陣來表示。而三維位置信息可以通過傳感元件100直接獲得，也可以由 兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感元件11通過插值獲得。信息處理模塊20包括位置信息估算模塊21和位置信息探知模塊22。位置信 息估算模塊21根據(jù)在內(nèi)腔中向四周腔壁移動(dòng)的傳感元件100所采集得到的空間位 置信息，估算出內(nèi)腔在空間上的大體位置。具體的說，位置信息估算模塊21通過 直接將傳感元件100觸及內(nèi)腔的上、下、左、右、前、后六個(gè)面，以估算出內(nèi)腔在 空間上的大體位置。位置信息探知模塊22用于根據(jù)傳感元件100在所估算出的內(nèi)腔空間內(nèi)的各個(gè)位置，探知內(nèi)腔所在的位置和范圍。位置信息探知模塊22進(jìn)一步包括網(wǎng)格化單元220、初始化單元221和標(biāo)識(shí)單元222。其中網(wǎng)格化單元220用于將位置信息估算 模塊21估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多個(gè)小塊單元。然后初始化單元221將網(wǎng) 格化處理后的小塊單元初始化為非空單元。標(biāo)識(shí)單元222再將傳感元件100在估算 的內(nèi)腔空間內(nèi)移動(dòng)時(shí)所經(jīng)過的小塊單元標(biāo)記為空單元。最后幾何模型構(gòu)建裝置30根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾 何模型。幾何模型構(gòu)建裝置30包括提取模塊300和平滑模塊301。提取模塊300 將空單元和非空單元之間的位置提取出來，完成對(duì)內(nèi)腔三維幾何模型的構(gòu)建，例如 可采用Marching Cube的表面提取算法提取內(nèi)腔壁。如果傳感元件100沒有完全遍歷整個(gè)內(nèi)腔，就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建的內(nèi)腔壁出現(xiàn)非空 結(jié)構(gòu)，可由幾何模型構(gòu)建裝置30采用圖像處理中的閉合算法消除被隔離的各組小 單元，或者在提取內(nèi)腔壁表面后去除表面積較小的結(jié)構(gòu)，或者網(wǎng)格化單元220在網(wǎng) 格化時(shí)采用比此前更大的網(wǎng)格。在所提取出的內(nèi)腔壁表面不光滑時(shí)，平滑模塊301使用幾何平滑算法產(chǎn)生光 滑幾何模型。本發(fā)明適合構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)腔，在圖像導(dǎo)航的微創(chuàng)傷手術(shù)中有重要應(yīng) 用。構(gòu)建內(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)管相 對(duì)內(nèi)腔的所在位置，提高手術(shù)成功率，減少手術(shù)時(shí)間和X光曝光時(shí)間。上述實(shí)施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或 變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提 到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1. 一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，包括(1)將一個(gè)或多個(gè)傳感元件導(dǎo)入器官內(nèi)腔；(2)在內(nèi)腔中移動(dòng)該傳感元件以采集內(nèi)腔的空間位置信息，從而探知內(nèi)腔所在的位置或范圍；(3)根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾何模型。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述傳感元件為三維定位傳感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述三維定位傳感器的定位方式包括電磁感應(yīng)定位或電場(chǎng)定位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述三維定位傳感器可以安裝于一根導(dǎo)管的頭部?jī)?nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述傳感元件采集的空間位置信息是相對(duì)于空間參考點(diǎn)的三維位置信息， 也可以同時(shí)包括傳感元件走向的切向量信息。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述切向量信息可以由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示，也可以由旋轉(zhuǎn)矩陣 表示。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，所述三維位置信息可以由所述傳感元件直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè)以 上的傳感元件通過插值獲得。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，步驟(2)進(jìn)一步包括(a) 先由傳感元件在內(nèi)腔向四周腔壁移動(dòng)，根據(jù)采集的空間位置信息，估算 出內(nèi)腔在空間上的大體位置；(b) 在估算出的內(nèi)腔空間內(nèi)，移動(dòng)傳感元件使其達(dá)到內(nèi)腔空間內(nèi)的各個(gè)位置， 從而探知內(nèi)腔所在的位置和范圍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其特 征在于，在步驟(a)中，直接讓傳感元件觸及內(nèi)腔的上、下、左、右、前、后六 個(gè)面，以估算內(nèi)腔在空間上的大體位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其 特征在于，步驟(b)進(jìn)一步包括(b. 1)將估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多個(gè)小塊單元并將該些小塊單元初 始化為非空單元；(b.2)在估算的內(nèi)腔空間內(nèi)移動(dòng)傳感元件，對(duì)傳感元件所經(jīng)過的小塊單元做 標(biāo)記以標(biāo)識(shí)該小塊單元為空單元。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其 特征在于，在步驟(3)中，通過將空單元與非空單元之間的位置提取出來，形成 內(nèi)腔壁的位置，完成三維幾何模型的構(gòu)建。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其 特征在于，如果傳感元件沒有完全遍歷整個(gè)內(nèi)腔，就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建出的內(nèi)腔壁出現(xiàn)非 空結(jié)構(gòu)，則可以采用圖像處理中的閉合算法消除被隔離的各組小單元，或者在提取 內(nèi)腔壁表面后去除表面積較小的結(jié)構(gòu)，或者在網(wǎng)格化時(shí)采用比此前更大的網(wǎng)格。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其 特征在于，在提取內(nèi)腔壁時(shí)采用Marching Cube的表面提取算法。3
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法，其 特征在于，如果提取出的內(nèi)腔壁表面不光滑，可使用幾何平滑算法產(chǎn)生光滑幾何模型。
15、 一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，包括 信息采集裝置，用于采集器官表面的空間位置信息；信息處理裝置，用于處理通過該信息采集裝置采集的空間位置信息，進(jìn)而探 知內(nèi)腔所在的位置或范圍；幾何模型構(gòu)建裝置，用于根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾 何模型。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述的信息采集裝置包含一個(gè)或多個(gè)傳感元件。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述傳感元件為三維定位傳感器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述三維定位傳感器的定位方式包括電磁感應(yīng)定位或電場(chǎng)定位。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述三維定位傳感器可以安裝于一根導(dǎo)管的頭部?jī)?nèi)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述傳感元件釆集的空間位置信息是相對(duì)于空間參考點(diǎn)的三維位置信 息，也可以同時(shí)包括傳感元件走向的切向量信息。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其特征在于，所述切向量信息可以由球面坐標(biāo)系的仰角和擺角表示，也可以由旋轉(zhuǎn)矩 陣表示。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述三維位置信息可以由所述傳感元件直接獲得，也可以由兩個(gè)或兩個(gè) 以上的傳感元件通過插值獲得。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述的信息處理裝置進(jìn)一步包括位置信息估算模塊，用于根據(jù)在內(nèi)腔中向四周腔壁移動(dòng)的該傳感元件所采集 得到的空間位置信息，估算出內(nèi)腔在空間上的大體位置；位置信息探知模塊，用于根據(jù)該傳感元件在所估算出的內(nèi)腔空間內(nèi)的各個(gè)位 置，探知內(nèi)腔所在的位置和范圍。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述位置信息估算模塊可用于通過直接將傳感元件觸及內(nèi)腔的上、下、 左、右、前、后六個(gè)面，以估算出內(nèi)腔在空間上的大體位置。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述的位置信息探知模塊進(jìn)一步包括網(wǎng)格化單元，用于將該位置信息估算模塊估算出的內(nèi)腔空間網(wǎng)格化，分成多 個(gè)小塊單元；初始化單元，用于將網(wǎng)格化處理后的小塊單元初始化為非空單元； 標(biāo)識(shí)單元，用于將傳感元件在估算的內(nèi)腔空間內(nèi)移動(dòng)時(shí)所經(jīng)過的小塊單元標(biāo) 記為空單元。
26、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述幾何模型構(gòu)建裝置進(jìn)一步包括提取模塊，用于將空單元與非空單元 之間的位置提取出來，完成對(duì)內(nèi)腔三維幾何模型的構(gòu)建。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，如果所述的傳感元件沒有完全遍歷整個(gè)內(nèi)腔，則該幾何模型構(gòu)建裝置采 用圖像處理中的閉合算法消除被隔離的各組小單元，或者在提取內(nèi)腔壁表面后去除 表面積較小的結(jié)構(gòu)，或者該網(wǎng)格化單元在網(wǎng)格化時(shí)采用比此前更大的網(wǎng)格。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述的提取模塊采用Marching Cube的表面提取算法提取內(nèi)腔壁。
29、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的系統(tǒng)，其 特征在于，所述的幾何模型構(gòu)建裝置進(jìn)一步包括平滑模塊，在所提取出的內(nèi)腔壁表 面不光滑時(shí)使用幾何平滑算法產(chǎn)生光滑幾何模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速構(gòu)建人體器官內(nèi)腔三維幾何模型的方法和系統(tǒng)，適合復(fù)雜腔體的快速構(gòu)建。其技術(shù)方案為本發(fā)明的方法包括(1)將一個(gè)或多個(gè)傳感元件導(dǎo)入器官內(nèi)腔；(2)在內(nèi)腔中移動(dòng)該傳感元件以采集內(nèi)腔的空間位置信息，從而探知內(nèi)腔所在的位置或范圍；(3)根據(jù)內(nèi)腔所在的位置或范圍構(gòu)建內(nèi)腔表面的三維幾何模型。本發(fā)明應(yīng)用于器官模型構(gòu)建的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101243975SQ20081003530
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者劉道志, 孫毅勇 申請(qǐng)人:微創(chuàng)醫(yī)療器械(上海)有限公司