[发明专利]轮廓三角测量系统和方法

说明书

技术领域

本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

在生物医学领域，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)、正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，对该组轮廓进行三角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；