CN104011724B - 用于生成几何结构的多维表面模型的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于生成几何结构的多维表面模型的方法。该方法包括获取一组方位数据点，其包括对应几何结构区域的表面上相应方位的多个方位数据点。该方法还包括限定边界盒，其包含该组方位数据点中的每个方位数据点，以及构造基于所述边界盒的体元栅格，其中该体元栅格包括多个体元。该方法还包括使用例如α‑包逼近技术从所述体元栅格的多个体元的某些中提取多面表面模型。该方法还可以包括多面表面模型的表面的削减和平滑中的一个或多个。本发明还提供了一种系统，其包括用于执行前述方法的处理设备。

Description

用于生成几何结构的多维表面模型的方法和系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2011年12月28日提交的美国专利申请No.13/338,381(’381申请)以及2011年12月28日提交的美国专利申请No.13/338,374(’374申请)的优先权。’381申请和’374申请的全部内容通过引用包含于此，如同在本文中将其完全阐述一样。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于生成几何结构的多维模型的系统和方法。更加特别地，本发明涉及一种计算机实现的系统和方法，用于从对应几何结构的不同区域的多个个体表面模型来生成诸如心脏内结构的几何结构的多维模型，所述多个个体表面模型结合在一起以形成单个的合成表面模型。

背景技术

众所周知，各种基于计算机的系统和计算机实现的方法能够用于生成诸如解剖结构的几何结构的多维表面模型。更加具体而言，已经使用各种系统和方法来生成心脏和/或其特定部分的多维表面模型。

一种传统的方法或技术包括生成对应特定结构的感兴趣的不同区域的多个个体表面模型，然后将这些个体表面模型结合在一起以形成单个的合成的多维表面模型。众所周知，通过从相应感兴趣区域的表面上收集方位数据点，然后使用这些方位数据点来生成针对每个感兴趣区域的个体表面模型，从而生成个体表面模型。

能够使用多种技术从相应方位数据点来生成个体表面模型，包括例如凸包逼近、星形域逼近、以及α形技术。一旦生成了个体表面模型，它们就结合在一起以形成单个的合成表面模型。一种可以将个体表面模型结合在一起的公知方法是通过执行布尔运算(例如，使用布尔并集技术)

然而，用于从使用方位数据点的集合生成的多个个体表面模型生成合成表面模型的传统方法也不是没有缺点。例如，通过将使用方位数据点的集合生成的个体表面模型结合形成的合成表面模型不能够生成感兴趣结构的最精确表示。例如，个体表面模型不能够以期望的细节度或精确度反映对应的感兴趣区域，或个体表面模型针对多维布尔运算可能并不理想。这些缺点中的任何一个都可能导致合成表面模型不能以期望的精确度反映感兴趣结构。

更加特别地，虽然像凸包逼近术和星形域逼近术的技术可以提供适于多维布尔运算的水密表面，使用这些技术产生的模型可能包括假阳性量，其误表达收集方位数据点的实际区域。因此，由使用这些技术生成的个体表面模型组成的合成表面模型不具有期望的精确度或细节度。

类似的，虽然像α形技术的技术相比于凸包逼近术或星形域逼近术来说可以提供采集方位数据点的区域的更加精确的逼近，使用该技术产生的个体表面模型可以提供粗糙且非流形的表面。这样，使用该类型技术生成的个体表面模型针对多维布尔运算来说是不理想的，并且需要额外地处理来说明符合要求的合成表面模型的生成中的非流形表面。

因此，本质上使用方位数据点的集合形成的合成表面模型不能提供期望的精确度和/或需要不期望的量的额外处理，其增加了合成表面模型生成过程的复杂度以及执行其所需的时长。

因此，本发明人已经意识到对用于生成几何结构的多维模型的系统和方法的需求，其将最小化和/或消除传统系统中的一个或多个缺陷。

发明内容

本发明总体上涉及一种用于生成几何结构的多维表面模型的系统和方法。

根据本发明及本发明教导的一个方面，提供了一种用于生成几何结构的多维表面模型的系统。该系统包括处理设备。所述处理设备被配置为获取一组方位数据点，其包括对应几何结构区域表面上相应方位的多个方位数据点。该处理设备还被配置为限定边界盒，其包含该组方位数据点中的每个方位数据点。该处理设备进一步被配置为构造对应所述边界盒的体元栅格，其中该体元栅格包括多个体元。该处理设备还被配置为从所述体元栅格的多个体元的某些中提取多面表面模型。在例证性实施例中，所述多面表面模型包括所述多个体元中这些体元的α-包逼近。

在例证性实施例中，该处理设备进一步被配置为削减多面表面模型的表面以从中移除多余的面，和/或使多面表面模型的表面平滑。在处理设备被配置为削减表面的例证性实施例中，该处理设备被配置为产生削减队列，其包含符合至少一个预定削减标准的多面表面模型的每个顶点。该处理设备还被配置为以优选顺序排列削减队列中的顶点，以及选择该队列中的最高优先级顶点。该处理设备进一步被配置为确定包含该最高优先级顶点的最高优先级边缘，其中所述最高优先级边缘包含该最高优先级顶点和相邻的顶点。该处理设备还被配置为通过从多面表面模型删除最高优先级顶点，并将关联至最高优先级顶点的所述多面表面模型的所有边缘移动至相邻的顶点，从而来折叠最高优先级边缘。

根据本发明的另一个方面，提供了一种生成几何结构的多维表面模型的计算机实现方法。该方法包括获取一组方位数据点，其包括对应几何结构区域表面上各个方位的多个方位数据点。该方法进一步包括限定边界盒，其包含该组方位数据点中的每个方位数据点。该方法还包括构造对应所述边界盒的体元栅格，其中该体元栅格包括多个体元。该方法还包括从所述体元栅格的多个体元中的某些中提取多面表面模型。在例证性实施例中，所述提取步骤包括提取所述多个体元中这些体元的α-包逼近。

在例证性实施例中，该方法还包括削减多面表面模型的表面以从中移除多余的面，和/或使多面表面模型的表面平滑。在该方法包括削减表面的例证性实施例中，该方法进一步包括产生削减队列，其包含符合至少一个预定削减标准的多面表面模型的每个顶点。该方法还包括以优选顺序排列削减队列中的顶点，以及选择该队列中的最高优先级顶点。该方法还包括确定包含该最高优先级顶点的最高优先级边缘，其中所述最高优先级边缘包含该最高优先级顶点和相邻的顶点。该方法还包括通过从多面表面模型删除最高优先级顶点，并将关联至最高优先级顶点的所述多面表面模型的所有边缘移动至相邻的顶点，从而来折叠最高优先级边缘。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于从多个多面表面生成几何结构的合成表面模型的系统。该系统包括处理设备。所述处理设备被配置为限定边界盒，其包含多个多面表面的每个顶点。该处理设备进一步被配置为构造对应所述边界盒的体元栅格，其中该体元栅格包括多个体元。该处理设备还被配置为从所述体元栅格的多个体元的某些中提取合成表面模型。在例证性实施例中，该处理设备还被配置为使用移动立方体(MarchingCubes)算法提取合成表面模型。

在一个实施例中，该处理设备可以进一步被配置为生成多个多面表面。在例证性实施例中，该处理设备进一步被配置为削减合成多面表面模型的表面以从中移除多余的面，和/或使合成多面表面模型的表面平滑。在处理设备被配置为削减表面的实施例中，该处理设备还被配置为产生削减队列，其包含符合至少一个预定削减标准的合成多面表面模型的每个顶点。该处理设备进一步被配置为以优选顺序排列削减队列中的顶点，以及选择该队列中的最高优先级顶点。该处理设备还被配置为确定包含该最高优先级顶点的最高优先级边缘，其中所述最高优先级边缘包含该最高优先级顶点和相邻的顶点。该处理设备还被配置为通过从合成多面表面模型删除最高优先级顶点，并将关联至最高优先级顶点的所述合成多面表面模型的所有边缘移动至相邻的顶点，从而来折叠最高优先级边缘。

根据本发明的另一个方面，提供了一种从多个多面表面生成几何结构的合成表面模型的方法。该方法包括限定边界盒，其包含多个多面表面的每个顶点。该方法进一步包括构造对应所述边界盒的体元栅格，其中该体元栅格包括多个体元。该方法还包括从所述体元栅格的多个体元的某些中提取合成表面模型。在例证性实施例中，该方法包括使用移动立方体算法提取合成表面模型。

在一个实施例中，该方法还包括生成多个多面表面。在例证性实施例中，该方法还包括削减合成多面表面模型的表面以从中移除多余的面，和/或使合成多面表面模型的表面平滑。在该方法包括削减表面的实施例中，该方法还包括生成削减队列，其包含符合至少一个预定削减标准的合成多面表面模型的每个顶点。该方法进一步包括以优选顺序排列削减队列中的顶点，以及选择该队列中的最高优先级顶点。该方法还包括确定包含该最高优先级顶点的最高优先级边缘，其中所述最高优先级边缘包含该最高优先级顶点和相邻的顶点。该方法还包括通过从合成多面表面模型删除最高优先级顶点，并将关联至最高优先级顶点的所述合成多面表面模型的所有边缘移动至相邻的顶点，从而来折叠最高优先级棱边。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于生成几何结构的多维表面模型的计算机实现方法。该方法包括获取第一和第二组方位数据点，其中所述第一组方位数据点包括对应几何结构的第一区域的表面上相应方位的多个方位数据点，以及所述第二组方位数据点包括对应几何结构的第二区域的表面上相应方位的多个方位数据点。在例证性实施例中，获取步骤包括通过传感器从几何结构的第一和第二区域的表面收集第一和第二组方位数据点。该方法进一步包括构造分别对应第一和第二组方位数据点的第一和第二体元栅格，其中每个体元栅格包括多个体元。该方法还包括从第一体元栅格的多个体元的某些中生成针对感兴趣的第一区域的第一多维表面模型，以及从第二体元栅格的多个体元的某些中生成针对感兴趣的第二区域的第二多维表面模型。在例证性实施例中，生成步骤包括分别从第一体元栅格的多个体元的某些以及第二体元栅格的多个体元的某些中计算α-包逼近。该方法还包括将第一和第二表面模型结合在一起以形成合成多维表面模型。在例证性实施例中，结合步骤包括计算第一和第二表面模型的布尔并集逼近。

在例证性实施例中，结合步骤包括构造对应包含第一和第二表面模型的第三体元栅格，其中第三体元栅格包括多个体元，并且从第三体元栅格的多个体元的某些中生成合成表面模型。

在合成表面模型包括多面表面的例证性实施例中，该方法进一步包括削减多面表面以从中移除多余的面，和/或使多面表面平滑。在第一和第二多维表面模型的每一个包括多面表面的例证性实施例中，该方法还包括削减第一和第二表面模型的多面表面，以从中移除多余的面，和/或使第一和第二表面模型的多面表面平滑。

本发明的前述和其他方面、特征、细节、效用、和优点将通过阅读如下说明书和权利要求书以及审阅附图而变得显而易见。

根据本发明和本发明教导的一个方面，提供了一种构造对应多个方位数据点的边界盒的计算机实现方法。该方法包括获取一组方位数据点，其包括多个所感测的方位数据点。该方法进一步包括针对每个所感测的方位数据点将至少一个所计算的方位数据点添加至该组方位数据点。在例证性实施例中，添加步骤包括针对至少一个所感测的方位数据点将多个所计算的方位数据点添加至该组方位数据点。在该实施例中，所添加的所计算的方位数据点可以沿对应所感测的方位数据点的第一轴添加，或沿对应所感测的方位数据点的多个轴添加。在任何情形中，该方法还包括限定三维边界盒，其包含该组方位数据点中的每个所感测和所计算的方位数据点。

在例证性实施例中，该方法还包括将边界盒沿其至少一个轴扩展预定距离。在例证性实施例中，该扩展步骤包括将边界盒沿其多个轴扩展预定距离。可以将该边界盒扩展以使其呈现被构造为对应边界盒的体元栅格的体元尺寸的整数倍尺寸。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于构造对应多个方位数据点的边界盒的系统。该系统包括处理设备。该处理设备被配置为获取一组方位数据点，其包括多个所感测的方位数据点。该处理设备进一步被配置为针对每个所感测的方位数据点将至少一个所计算的方位数据点添加至该组方位数据点。在例证性实施例中，该处理设备被配置为针对至少一个所感测的方位数据点将多个所计算的方位数据点添加至该组方位数据点。在该实施例中，该处理设备可以被配置为沿对应所感测的方位数据点的第一轴、或沿对应所感测的方位数据点的多个轴添加所计算的方位数据点。在任何情形中，该处理设备还被配置为限定三维边界盒，其包含该组方位数据点中的每个所感测和所计算的方位数据点。

在例证性实施例中，该处理设备进一步被配置为将边界盒沿其至少一个轴扩展预定距离。在例证性实施例中，该处理设备被配置为将边界盒沿其多个轴扩展预定距离。可以将该边界盒扩展以使其呈现被构造为对应边界盒的体元栅格的体元尺寸的整数倍尺寸。

根据本发明的另一个方面，提供了一种识别体元栅格中的体元的计算机实现方法，所述体元栅格对应从中提取出多面表面模型的多个方位数据点方位数据。该方法包括针对每个方位数据点计算该方位数据点和体元栅格中每个体元之间的距离。该方法进一步包括生成体元的第一子集，其包括距至少一个方位数据点的距离小于第一预定距离的那些体元。该方法还包括生成体元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且邻近第一子集中至少一个体元的那些体元。该方法还包括针对第二子集中的每个体元计算所述体元和第一子集中每个体元的距离，然后识别体元的第一子集中距离第二子集中的每个体元超过第二预定距离的每个体元。

在例证性实施例中，该方法进一步包括获取多个方位数据点，并且构造对应多个方位数据点的体元栅格。在该实施例中，该方法还可以包括限定包含每个方位数据点的边界盒，并且其中构造体元栅格的步骤包括构造对应边界盒的体元栅格。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于识别体元栅格中的体元的系统，所述体元栅格对应从中提取出多面表面模型的多个方位数据点方位数据。该系统包括处理设备。该处理设备被配置为针对每个方位数据点计算该方位数据点与体元栅格中每个体元之间的距离。该处理设备进一步被配置为生成体元的第一子集，其包括距至少一个方位数据点的距离小于第一预定距离的那些体元。该处理设备还被配置为生成体元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且邻近第一子集中至少一个体元的那些体元。该处理设备还被配置为针对第二子集中的每个体元计算所述体元与第一子集中每个体元的距离，然后识别体元的第一子集中距离第二子集中每个体元超过第二预定距离的每个体元。

在例证性实施例中，该处理设备进一步被配置为获取多个方位数据点，并且构造对应多个方位数据点的体元栅格。在该实施例中，该处理设备可以被配置为限定包含每个方位数据点的边界盒，并且构造对应边界盒的体元栅格。

本发明的前述和其他方面、特征、细节、效用、和优点将通过阅读如下说明书和权利要求书以及审阅附图而变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明教导的用于生成几何结构的多维表面模型的系统的图解视图。

图2是图1中所示意的系统的模型构造系统的简化图解视图和示意图。

图3是包含方位数据点的集合的点云的示意图。

图4A-4D是适用于图2所示的模型构造系统的驱动贴片电极的例证性偶极子对的示意图。

图5是示意根据本发明教导的生成几何结构的多维表面模型的方法的例证性实施例的流程图。

图6是示意从体元栅格中的多个体元运算或计算α-包逼近的方法的例证性实施例的流程图。

图7是包含图3所示的点云的方位数据点的边界盒的示意图。

图8是包含图3所示的点云的所有方位数据点的体元栅格的示意图。

图9是图8中示意的体元栅格的示意图，并且描绘了体元栅格中处于图3所示点云的至少一个方位数据点的预定距离内的那些体元。

图10是图8所示的体元栅格的示意图，并且描绘了图9所示的处于图3所示点云的至少一个方位数据点的预定距离内的那些体元，以及体元栅格中邻近图9所描绘的体元的那些体元。

图11是图8所示的体元栅格的示意图，并且描绘了图10所示的体元，其中这些体元被视为是区别于体元栅格的其他体元的用于生成对应的表面模型的内部体元。

图12是例证性表面模型的多面表面的一部分的示意图。

图13A和13B是示意用于削减表面模型的多面表面的例证性技术的流程图。

图14是邻近顶点的示意图，其包括中心顶点以及围绕中心顶点并与其形成面边缘的那些顶点。

图15是对多面表面进行平滑的例证性技术的流程图。

图16是包含一对简化的、例证性表面模型并且示意用于确定体元栅格中哪些体元位于那些表面模型的边界内的射线投影技术的体元栅格的示意图。

图17是将多个表面模型结合在一起以形成合成表面模型的例证性技术的流程图。

图18是例证性合成表面模型的多面表面的一部分的示意图。

图19是示意基于给定的所收集或所感测的方位数据点产生新的所计算的方位数据点的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，其中相同的附图标记用于标识各个附图中相同的部件，图1示意了用于生成一个或多个几何结构的多维表面模型的系统10的一个例证性实施例。如下文将描述的，在例证性实施例中，由系统10生成的模型是三维模型。然而能够理解的是，虽然如下描述通常限定至三维模型的生成，本发明并不意味着要局限于此。而是，在其他例证性实施例中，系统10可以被配置为生成三维以外的多维模型，并且这些实施例保持在本发明的精神和范围内。

还应该指出的是，虽然如下说明书主要集中讨论系统10用于解剖结构、特别地以及心脏结构的模型生成，本发明并不意味着局限于此。而是，系统10以及进而使用的方法和技术可以应用至多种几何结构的三维模型的生成，包括心脏结构以外的解剖结构。然而，为了示意以及便于描述的目的，如下描述将限定于系统10用于心脏结构的三维模型的生成。

继续参照图1，在例证性实施例中，除了其他部件外，系统10包括医疗装置12和模型构造系统14。在例证性实施例中，医疗装置12包括导管(导管12)，以及模型构造系统14部分地包括处理设备16。处理设备16可以采用电子控制单元的形式，例如，其被配置为使用由导管12收集的数据构造心脏内结构的三维模型。

如图1所示意，导管12被配置为插入到患者身体18内，并且更加特别地，插入到患者心脏20内。导管12可以包括电缆连接器或接口22、手柄24、具有近侧端28和远侧端30的轴杆26(如这里所使用的，“近侧”指代朝向靠近临床医生的导管12的部分的方向，以及“远侧”指代远离临床医生并且(通常)在患者身体内侧的方向)、以及安装在导管12的轴杆26内或者其上的一个或多个传感器32(例如，32₁、32₂、32₃)。在例证性实施例中，传感器32布置在轴杆26的远端30处或其附近。导管12还可以包括其他传统部件，诸如但不限于，温度传感器、其他传感器或电极、消融元件(例如，用于输送RF消融能量的消融顶端电极、高强度聚焦超声消融元件等)、以及相应的导体或导线。

连接器22提供了用于电缆(诸如延伸至模型构造系统14的电缆34、36)和/或系统10的其他部件(例如，可视化、导航、和/或标测系统(如果独立于且区分于模型构造系统14)、消融发生器、冲洗源等)的机械、液体及电气连接。连接器22是本领域常用的且布置在导管12的近侧端特别是其手柄24处。

布置在轴杆26的近侧端28处的手柄24提供了临床医生握持导管12的位置，并且还可以提供用于在患者身体18内操纵或导引轴杆26的部件。例如，手柄24可以包括用于改变操纵丝长度的部件，所述操纵丝延伸穿过导管12至轴杆26的远侧端30以操纵轴杆26。手柄24也是本领域中常用的，并且应该理解的是，手柄24的构造可以变化。在另一例证性实施例中，可以机器遥控地驱动或控制导管12。因此，不是临床医生操纵手柄以操纵或导引导管12以及其轴杆26，特别地，在该实施例中使用机器人操纵导管12。

轴杆26是细长管状柔性构件，其被配置为在身体18内运动。轴杆26支撑，例如但非限制性的，安装在其上的传感器和/或电极，诸如，传感器32、相关的导体、以及用于信号处理和调制的可能的另外电子装置。轴杆26还可以允许液体(包括冲洗液、冷冻消融液以及体液)、药物、和/或手术工具或器械的传送、输送、和/或移除。轴杆26可以由诸如聚亚安酯的常规材料制成，并且限定被配置为容纳和/或传送导电体、液体、或手术工具的一个或多个管腔。可以通过常规的导引器将轴杆26引入至身体18的血管或其他结构。然后可以使用本领域公知的手段操纵或导引轴杆26以穿过身体18的期望位置，诸如心脏20。

可以将安装在导管12的轴杆26内或其上的传感器32用于各种诊断和治疗目的，例如包括但不限于电生理研究、起搏、心脏标测、以及消融。在例证性实施例中，将一个或多个传感器32用于执行方位或位置感测功能。更加特别地，并且将在下文更加详细地描述，一个或多个传感器32被配置为定位传感器，其提供关于导管12及其轴杆26的远侧端30特别是在某些时间点的方位(位置和方向)信息。因此，在该实施例中，随着导管12沿心脏20的感兴趣结构的表面和/或绕该结构的内部移动，传感器32可以用于收集对应于感兴趣结构的表面和/或其内部其他方位的方位数据点。这些方位数据点然后能够被例如用于感兴趣结构的三维模型构造的模型构造系统14使用，这将在下文详细描述。为了清楚和示意的目的，如下说明书将讨论导管12的多个传感器32包括定位传感器的实施例。然而，应该理解的是，在仍保持在本发明的精神和范围内的其他例证性实施例中，导管12可以包括一个或多个定位传感器以及被配置为执行其他诊断和/或治疗功能的其他传感器。

如上面简要描述的，并且在下面将更加详细描述的，模型构造系统14被配置为部分使用由导管12收集的方位数据构造心脏内部结构的三维模型。更加特别地，模型构造系统14的处理设备16被配置为获取由传感器32收集或感测的方位数据点，然后在方位数据点对应的结构模型的构造或生成中使用这些方位数据点。在例证性实施例中，模型构造系统14通过与收集方位数据点的传感器32一起作用来获取方位数据点。然而，在另一例证性实施例中，模型构造系统14可以简单地从传感器32或系统10内的另一部件(诸如作为模型构造系统14的部件或可进而访问的存储器或其他存储装置)获取方位数据点，而无需必然地参与方位数据点的收集。在任一实施例中，模型构造系统14被配置为基于一些或全部所收集的方位数据点来构造三维模型。为了示意和清楚的目的，下文描述将限定于模型构造系统14被配置为既构造模型又与收集方位数据点的传感器32一起作用而获取方位数据点的实施例。然而，应该理解的是，模型构造系统14仅从传感器32或系统10的另一部件获取方位数据点然后基于此构造三维模型的实施例仍在本发明的精神和范围内。

因此，在例证性实施例中，除了构造结构模型之外，模型构造系统14被配置为与传感器32一起作用来收集用于三维模型构造的方位数据点。在该实施例中，模型构造系统14可以包括基于电场的系统，诸如由St.Jude Medical公司市售的EnSite NavX^TM系统，以及如参照名称为“Method and Apparatus for Catheter Navigation and Location andMapping in the Heart”的美国专利No.7,263,397所一般示出的，其全部内容通过引入包含于此。然而，在其他例证性实施例中，模型构造系统14可以包括其他类型的系统，例如但不限于：基于磁场的系统，诸如可以从Biosense Webster获得的Carto^TM系统，以及如参照名称为“Intrabody Measurement”的美国专利No.6,498,944、名称为“Medical Diagnosis,Treatment and Imaging Systems”的美国专利No.6,788,967、以及名称为“System andMethod for Determining the Location and Orientation of an Invasive MedicalInstrument”的美国专利No.6,690,963中的一个或多个所一般示出的，其全部内容通过引入包含于此，或来自MediGuide有限公司的gMPS系统，以及如参照名称为“MedicalPositioning System”的美国专利No.6,233,476、名称为“System for Determining thePosition and Orientation of a Catheter”的美国专利No.7,197,354、以及名称为“Medical Imaging and Navigation System”的美国专利No.7,386,339中的一个或多个所一般示出的，其全部内容通过引入包含于此；基于电场和基于磁场的系统的组合，诸如同样可以从Biosense Webster获得的Carto3^TM系统；以及其他的基于阻抗的定位系统、基于声或超声的系统、以及市售的基于荧光检查法的、计算机层析成像术(CT)、以及磁共振成像(MRI)的系统。

如上文简要描述的，导管12的传感器32包括定位传感器。传感器32产生指示导管方位(位置和/或方向)信息的信号。在模型构造系统14是基于电场的系统的实施例中，传感器32可以包括一个或多个电极。可替代地，在模型构造系统14是基于磁场的系统的实施例中，传感器32可以包括被配置为探测低强度磁场的一个或多个特征的一个或多个磁性传感器。例如，在一个例证性实施例中，传感器32可以包括布置在导管12的轴杆26上或其内的磁性线圈。

为了清楚和示意的目的，下文将模型构造系统14描述为包括基于电场的系统，诸如上面所标识的EnSite NavX^TM系统。应该理解的是，虽然下文描述主要限于传感器32包括一个或多个电极的实施例，但在其他例证性实施例中，传感器32可以包括一个或多个磁场传感器(例如，线圈)。因此，包括定位传感器而不是下文所述的传感器或电极的模型构造系统14仍然在本发明的精神和范围内。

参照图2，除了处理设备16之外，模型构造系统14可在其他可能部件之外包括多个贴片电极38、多路开关40、信号发生器42、以及显示装置44。在另一例证性实施例中，一些或所有这些部件是独立的且区别于模型构造系统14，但电连接至模型构造系统14或被配置为与模型构造系统14导通。

处理设备16可以包括可编程微处理器或微控制器，或可以包括专用集成电路(ASIC)。处理设备16可以包括中央处理单元(CPU)和输入/输出(I/O)接口，处理设备16可通过该接口接收多个输入信号，包括例如由贴片电极38和传感器32生成的信号，并且生成多个输出信号，包括例如用于控制和/或提供数据至诸如显示装置44和开关40的那些输出信号。处理设备16可以被配置为利用合适的编程指令或代码(即，软件)执行各种功能，诸如那些下文中更详细描述的功能。因此，处理设备16利用在计算机存储介质上编码的一种或多种计算机程序来编程，用于执行这里所描述的功能。

除了被称作“腹贴”的贴片电极38_B的可能的例外之外，贴片电极38被设置以产生电信号，该电信号用于例如确定导管12的位置和方向。在一个实施例中，贴片电极38正交地置于身体18的表面上，并用于产生身体18内部的轴特定电场。例如，在一个例证性实施例中，贴片电极38_X1、38_X2可沿第一(x)轴放置。贴片电极38_Y1、38_Y2可沿第二(y)轴放置，以及贴片电极38_Z1、38_Z2可沿第三(z)轴放置。每个贴片电极38可耦合至多路开关40。在例证性实施例中，处理设备16被配置为通过合适的软件给开关40提供控制信号，从而顺序地将各对电极38耦合至信号发生器42。每对电极38的激励在身体18内以及在诸如心脏20的感兴趣的区域内产生电场。参考腹贴38_B的非激励电极38的电平被滤波且转换并提供至处理设备16以用作参考值。

在例证性实施例中，导管12的传感器32电耦合至处理设备16并被配置为提供位置感测功能。更加特别地，传感器32置于身体18(例如，心脏内)通过激励贴片电极38产生的电场内。为了清楚和示意的目的，下文描述将限定于单个传感器32置于电场内的实施例。然而，应该理解的是，在仍然处于本发明精神和范围内的其他例证性实施例中，多个传感器32能够置于电场内，然后使用下文描述的技术来确定每个传感器的位置和方向。

当布置在电场内时，传感器32经受基于各贴片电极38之间的方位和传感器32相对于组织的位置的电压。在传感器32和贴片电极38之间做出的电压测量比较能够用于确定传感器32相对于组织的方位。因此，随着导管12围绕或沿着感兴趣的特定区域或表面扫描，处理设备16从传感器32接收信号(方位信息)，其反映传感器32上的以及来自非通电的贴片电极38的电平的变化。使用各种已知算法，处理设备16然后可确定传感器32的方位(位置和方向)并将其作为对应于传感器32的方位和由此正在被建模的感兴趣结构的表面上的点的所感测方位方位数据点46(这里也称作“数据点46”并在图3中示意)记录在与处理设备16关联或可由处理设备16访问的诸如存储器47的存储器或存储装置中。在例证性实施例中，在将该方位作为方位数据点记录之前，由处理设备16接收的信号所表达的原始方位数据可通过处理设备16校正，以使用公知的或以后开发的技术来考虑呼吸、心脏活动、以及其他人为现象。在任何情形中，随时间收集的方位数据点46(46₁、46₂、...、46_n)引起点云48的形成(最佳示于图3)，所述点云48存储在存储器或存储装置中。

虽然如上描述迄今通常关于贴片电极38的正交布置，本发明并不意味着要局限于此。而是，在其他例证性实施例中，可使用非正交布置来确定传感器32的方位坐标。例如，并且总的来说，图4A-4D描绘了多个设置在坐标系50中的例证性的非正交偶极子D₀、D₁、D₂和D₃。在图4A-4D中，X-轴贴片电极标记为X_A和X_B，Y-轴贴片电极标记为Y_A和Y_B，以及Z-轴贴片电极标记为Z_A和Z_B。对于任何期望的轴，由预定组的驱动(源库)配置引起的在诸如传感器32的心脏内传感器上测量的电势可代数地组合以产生与通过简单地驱动沿正交轴的均匀电流获得的相同的有效电势。可以选择贴片电极38_X1、38_X2、38_Y1、38_Y2、38_Z1、38_Z2(参见图2)中的任意两个来作为偶极子源，并且当未激发贴片电极测量关于接地参考的电压时，关于例如腹贴38_B的接地参考耗尽。置于心脏20内的传感器32也暴露在用于电流脉冲的场中，并且关于例如腹贴38_B的地线、测量。

在另一例证性实施例中，多个贴片电极38可沿共同轴线性地布置。在该实施例中，包括贴片电极38中之一和安装在导管上电极的电极对的激励产生电场。非激励的贴片电极38然后可以测量用于确定传感器32的位置的电势。因此，在实施例中，包括不同贴片电极38和安装至导管的电极的多个电极对的激励可用于确定传感器32的位置。

来自每个贴片电极38和传感器32的数据集全部被用来确定传感器32在心脏20内的方位。在做出电压测量后，由电流源激励不同对的贴片电极，并且进行其余贴片电极和内部传感器的电压测量步骤。一旦确定了传感器32的方位，以及如上所述的，该方位以上述相同的方式记录为数据点46。在例证性实施例中，在将所述方位记录为方位数据点之前，由处理设备16接收的信号表达的原始方位数据可以通过处理设备16校正，以使用公知或后来开发的技术考虑呼吸、心脏活动、和其他人为现象。因此，应该理解的是，可使用多种技术来确定传感器32的位置，并因此收集对应其的数据点，它们都保持在本发明的精神和范围内。

图3示意了点云48，其包括方位数据点461-463，它们对应正在被建模的感兴趣的特定结构。应该理解的是，虽然图3所示的点云48仅包括三个方位数据点46，实际上点云48通常包括数百至数十万的数据点46。然而，为了示意和便于描述的目的，下文描述将限定于具有有限数量的方位数据点的点云，例如点云48由三个方位数据点46组成。还将理解的是，可以收集对应感兴趣结构的不同区域的方位数据点46。在该实施例中，处理设备16可以被配置为对数据点46进行分组，所述数据点46对应于自其所被收集的感兴趣结构的区域。这样，如果具有两个感兴趣结构的区域，对应第一区域的所有方位数据点将分组在一起并形成第一点云，而对应第二区域的所有方位数据点将类似地分组在一起并形成第二点云。

在一个例证性实施例中，并参照图5，处理设备16总体上被配置为首先生成感兴趣的解剖结构的一个或多个个体区域的一个或多个表面模型(步骤100)。在生成两个以上感兴趣的个体区域的两个以上或多个表面模型的例证性实施例中，处理设备16还被配置为将多个个体表面模型结合在一起以形成感兴趣的结构的合成表面模型(步骤102)。为了清楚和示意的目的，生成多个感兴趣区域的多个表面模型然后结合的实施例将在下文中关于表示感兴趣的解剖结构的两个区域的三维合成表面模型的生成来描述。这样，合成表面模型将由两个结合在一起的表面模型来组成，每个对应感兴趣结构的两个不同区域中的每一个。然而，应该理解的是，本发明并不限定于处理设备16生成由两个结合在一起的表面模型组成合成表面模型的实施例。而是，本领域普通技术人员都可以理解的，处理设备16可以被配置为生成由三个或多个个体表面模型组成的合成表面模型，所述个体表面模型使用下文所述技术结合在一起，并因此，具有该性能的处理设备仍然在本发明的精神和范围内。

表面模型(或用于生成合成表面模型的每个表面模型)可以用多种方式来生成。在诸如图5所示的例证性实施例中，并且一般来说，处理设备16被配置为首先获取对应第一感兴趣区域的第一组方位数据点46。处理设备还可收集对应第二感兴趣区域的第二组方位数据点46。如上所描述的，第一组方位数据点中的每个方位数据点46对应感兴趣解剖结构的第一区域的表面上的相应方位，而第二组方位数据点中的每个数据点46对应感兴趣解剖结构的第二区域的表面上的相应方位。

如本文在别处所描述的，处理设备16被配置为以多种方式获取方位数据点。在例证性实施例中，处理设备16从传感器32获取方位数据点，所述传感器32从结构的表面收集方位数据点。在另一例证性实施例中，处理设备16通过从存储器或存储设备获得多组方位数据点来获取方位数据点，所述存储器或存储设备是处理设备16的一部分或电连接至处理设备16，并被配置为与处理设备16导通。因此，处理设备16可从多个源中的一个获取多组方位数据点(及其多个方位数据点)，它们中的每一个仍在本发明的精神和范围内。使用各组方位数据点46，处理设备16被配置为生成每个感兴趣区域的表面模型。

一旦获取了一组或多组方位数据点46，处理设备16就被配置为基于各组方位数据点46中的方位数据点46来生成每个感兴趣区域的一个或多个个体表面模型。这样，并且一般来说，处理设备16被配置为计算或构造第一和第二组方位数据点46的相应的体元域或栅格(步骤106)。每个体元栅格包括该体元栅格对应的该组方位数据点的所有方位数据点46，并且每个体元栅格包括多个体元。

一旦构造了针对每组方位数据点46的体元栅格，处理设备16就被配置为确定或识别相应体元栅格中的哪些体元用于生成个体表面模型(步骤108)。处理设备16然后使用这些识别出的体元采用本领域公知的多种三角化表面重构技术中的一种来生成表面模型，诸如但非局限于，α-包技术或算法(步骤110)。

虽然对个体表面模型的生成的描述迄今只是一般描述，现在将更加详细地描述用于生成个体表面模型的过程的例证性实施例。在该例证性实施例中，使用将在下文描述的特定的α-包技术或算法来生成个体表面模型。然而，应该理解的是，在其他例证性实施例中，可以使用不同的技术、或技术的组合来生成基于体元的表面模型。一种这样的例证性技术是移动立方体技术或算法。另一种这样的例证性技术在2011年8月16日公布的名称为“System and Method for Surface Reconstruction from an Unstructured Point Set”的美国专利8,000,941中描述，其全部内容通过引入包含于此。因此，中采用不是本文中具体描述的技术来生成基于体元的表面模型的实施例仍在本发明的精神和范围内。

此外，还为了示意、清楚、及便于描述的目的，下文描述将仅限定于对应解剖结构的单个感兴趣区域(例如，感兴趣的第一区域)的表面模型的生成。然而，应该理解的是，针对感兴趣的第一区域的表面模型的生成所描述的技术也可以由处理设备16实施以生成第二感兴趣区域的表面模型、或感兴趣解剖结构的任何其他感兴趣区域。因此，感兴趣的第二区域的表面模型(以及感兴趣的任何其他区域)可以使用下文所述的相同技术来生成。

因此，参照图6并如上所描述，在例证性实施例中，处理设备16被配置为获取对应感兴趣区域的该组数据点46(步骤104)。处理设备16可以被配置为从多种源来获取数据点46，所述源例如但不限于与处理设备16关联或可由处理设备16访问的诸如存储器47的存储器或其他存储介质，或来自系统10或模型构造系统14内的任何其他源(例如，传感器32)。同样如上所描述的，处理设备16被配置为针对所获取的一组方位数据点计算或构造体元栅格(步骤106)。在图6所示的例证性实施例中，为了构造体元栅格，处理设备16被配置为首先确定边界盒或容积52，其包括该组方位数据点中的每个数据点46(步骤112)。例如，图7示意了对应图3所示的数据点46₁-46₃的边界盒52。

一旦限定了边界盒52，就确定了边界盒52的欧几里得坐标。更加特别地，确定了沿x-、y-、和z-轴中每一个的最小值及最大值，并用作边界盒52的坐标。因此，为了确定边界盒52的x-坐标，处理设备16被配置为确定具有该组数据点中所有数据点46的最小“x值”的方位数据点46以及具有该组数据点中所有数据点46的最大“x值”的方位数据点46。处理设备16然后使用这些相应的最小和最大值作为边界盒52的最小和最大x-坐标。边界盒52的最小和最大y-和z-坐标也以与上述关于x-坐标相同的方式来确定。

一旦确定了边界盒52的坐标(即，(MIN_x，MIN_y，MIN_z)以及(MAX_x、MAX_y，MAX_z))，在例证性实施例中，边界盒52通过在x-、y-、z-方向上将边界盒52扩展预定距离阿尔法(α)来填充，并且确定所扩展的边界盒52的坐标(即，(min_x，min_y，min_z)以及(max_x、max_y，max_z))。所扩展的边界盒52的坐标可使用下列等式(1)-(6)来确定：

(1) min_x＝MIN_x-α；

(2) min_y＝MIN_y-α；

(3) min_z＝MIN_z-α；

(4) max_x＝MAX_x+α；

(5) max_y＝MAX_y+α；以及

(6) max_z＝MAX_z+α。

在例证性实施例中，α值是在毫米级的测量距离，其可以被设置为系统10特别地是处理设备16(即，在系统10的制造过程中或在系统10的初始化过程中以及使用之前)的装置的一部分。在另一实施例中，α可以由医疗装置的尺寸确定，例如α可以是导管12、传感器32的半径或直径，或它们的分数或倍数。此外，该值可以是不可调节的，或者它可以通过系统10的用户使用例如用户界面53(最佳示于图1)来调节，诸如触屏、键板、键盘、滑动控制器、具有一个或多个用户可选择或用户可输入区的图形用户界面、或一些电连接至处理设备16以允许用户选择或调节α值的其他的用户可控输入装置。

在另一实施例中，α或一些其他预定值，能够加到每个方位数据点46以产生一个或多个新的或另外的方位数据点46’。更加特别地，对于每个方位数据点46，处理设备16可以被配置为基于方位数据点46的方位计算一个或多个另外的方位数据点46’的方位，然后在那个或那些所计算的方位添加一个或多个方位数据点46’。以该方式添加的方位数据点46’可称作“计算的”方位数据点46’，从而将它们与那些由传感器32所收集的方位数据点(它们是“感测的”方位数据点)区分。例如，并且参照图19，其中α设置为(1)，例如能够在一条轴上从方位(x,y,z)处的感测点生成八(8)个新的“计算的”方位数据点46’，这些点是点46’₁-46’₈(即，(x+1,y,z)、(x+1,y+1,z)、(x,y+1,z)、(x-1,y+1,z)、(x-1,y,z)、(x-1,y-1,z)、(x,y-1,z)以及(x+1,y-1,z))。类似的，在每个其他轴上能够有重叠的生成八(8)个新的或“计算的”方位数据点，或能够生成下述二十六(26)个总数的新点46’：

(x-1,y-1,z),(x,y-1,z-1),(x+1,y-1,z-1),

(x-1,y,z-1),(x,y,z-1),(x+1,y,z-1),

(x-1,y+1,z-1),(x,y+1,z-1),(x+1,y-1,z-1),

(x-1,y-1,z),(x,y-1,z),(x+1,y-1,z),

(x-l,y,z),(x+l,y,z),

(x-1,y+1,z),(x,y+1,z),(x+1,y+1,z),

(x-1,y-1,z+1),(x,y-1,z+1),(x+1,y-1,z+1),

(x-1,y,z+1),(x,y,z+1),(x+1,y,z+1),

(x-1,y+1,z+1),(x,y+1,z+1),(x+1,y+1,z+1)。

这些计算的方位数据点46’然后可以使用或不使用上述等式与方位数据点46(即，感测的方位数据点46)一起来限定边界盒52。

在某些情形中，在确定(min)和(max)坐标后，需要边界盒52的进一步填充。更加特别地，在例证性实施例中，需要的是边界盒52在每个方向上的尺寸是体元(会包括体元栅格)的尺寸的整数倍。然而，在通过α值填充边界盒52后，其尺寸并不是体元尺寸的整数倍(例如，由于α值自身不是体元尺寸的整数倍)，边界盒52的进一步填充需要满足该要求。例如，假定体元的尺寸是1×1×1(以毫米为单位)，并且通过α值填充后的边界盒52的尺寸是128.4×1296.0×417.9(同样以毫米为单位)。在该情形中，处理设备16通过在每个方向上将尺寸扩展至下一体元边界来填充边界盒52，从而使得在该实例中填充后的尺寸是129×1296×418。因此，边界盒尺寸将在每个侧面或每个方向上是体元尺寸的整数倍。在该情形中，需要根据边界盒的进一步填充的幅度来调节一些或全部的(min)或(max)坐标。

参照图6和8，在边界盒52的填充或扩展以及扩展后的边界盒52的坐标的确定之后，处理设备16被配置为如图8所示构造边界盒52内的体元栅格54(步骤114)。体元栅格54具有预定ν值，其对应体元栅格54中每个体元56(在图8中水平和垂直栅格线交叉处的每个点构成体元56)之间的距离。通过上述的α值，ν值可以被设置为系统10特别地是处理设备16(即，在系统10的制造过程中或在系统10的初始化过程中以及使用之前)的装置的一部分。此外，该值可以是不可调节的，或者它可以通过系统10的用户使用例如上述的用户界面53来调节。在例证性实施例中，ν的值可以是大约0.75mm，然而，本发明并不意味着要局限于此。

体元栅格54具有在x-方向上I个单元、在y-方向上J个单元、以及在z-方向上K个单元给定的尺寸。I、J、K的实际值使用等式(7)-(9)来计算：

以及

体元栅格54中的每个体元56将通过栅格中的指数(i,j,k)来识别，以及每个体元56的坐标将是(min_x+iν,min_y+jν,min_z+kν)。

如上所简要描述的，一旦构造了体元栅格54，处理设备16被构造为确定栅格54的哪些体元56被用于生成感兴趣区域的表面模型(步骤108)。在例证性实施例中，这通过识别被认为是“内部体元”的那些体元56来实现，这将在下文更加详细描述。现在将描述用于识别“内部体元”的例证性技术。

在例证性实施例中，处理设备16被配置为执行正在评估的该组方位数据点46上的扩大过程。更加特别地，对于正在评估的该组数据点中的每个方位数据点46，处理设备16被配置为计算数据点46和栅格中每个体元56之间的距离“d”。在例证性实施例中，距离“d”能够使用等式(10)来计算：

其中“n”对应于正在评估的方位数据点46的数量(例如，46₁、46₂、…46_n)。对于体元与数据点46之一之间的距离小于预定α值的每个体元56(上面关于边界盒52的扩展所简要描述的)，体元56标记为“内部体元”。因此，边界盒52内的每个数据点46被评估来确定体元56的哪个子集距至少一个数据点46在α距离内，并由此被认为是内部体元。例如，图9中的盒所表示的每个体元56已经由处理设备16确定为距至少一个数据点46在距离α内，并由此被确定为内部体元(体元56_I)。未被确定为内部体元的所有其他体元56被认为是，且被识别为“外部体元”。

一旦确定了哪些体元56是内部体元，在例证性实施例中，处理设备16被配置为在由内部体元56_I和某些外部体元组成的体元子集上进行腐蚀处理。更加特别地，处理设备16被配置为构造一组索引，其包括识别为外部体元但邻近内部体元56_I的每个体元56的索引。例如，在图10中被识别为体元56_E的每个体元56已经被确定为外部体元，其也邻近内部体元56_I。对于每个体元56_E，处理设备16被配置为计算体元56_E和每个体元56_I之间的距离。基于所计算的距离，处理设备16被配置为确定体元56_I的子集，它们与一个或多个体元56_E的距离小于由等式(11)表示的距离“dist.”：

针对被确定为在与一个或多个体元56_E距离dist.内的每个体元56_I，该体元的身份由“内部体元”变为“外部体元”，并因此，如图11所示，这些体元的表示从“体元56_I”变为“体元56_IE”(名称“56_IE”意味着将先前被认为是内部体元的那些外部体元与一直被认为是外部体元的那些外部体元区分开)。

在上述的腐蚀处理后，处理设备16可以被配置为处理体元56_I(即，内部体元)来生成基于体元56_I的表面模型。在例证性实施例中，这包括从内部体元56_I运算/计算或提取α-包逼近(步骤110)。如上所述的，能够理解的是，虽然为了示意及清楚的目的，这里关于从体元56_I生成表面模型仅详细描述了α-包技术，在其他例证性实施例中可以使用α-包技术以外的其他技术或算法。例如，如上文简要描述的，在另一例证性实施例中，能够利用移动立方体技术或算法来生成表面模型。因此，不同于α-包技术的其他技术用于表面模型生成过程的实施例仍然在本发明的精神和范围内。

在利用α-包技术的实施例中，上面所述的提取导致以α-包逼近形式的表面模型(表面模型或α-包逼近58)，具有多面表面(例如，包括多个面60和顶点62)，在例证性实施例中，其包括三角化表面。在产生的表面模型或α-包逼近58中，每个体元56_I将对应α-包逼近58的多面表面的顶点62。出于示意的目的，图12描绘了例证性α-包逼近58的多面表面的一部分。应该指出的是，由于图11所示的内部体元56_I是以二维示出的，图12所示的α-包逼近并非必须对应内部体元56_I，而是例证性α-包逼近，其简单地提供用于示意目的，从而仅示出其多面表面的顶点62和面60。

参照图5，一旦生成了具有多面表面的表面模型58，无论是通过执行上述的α-包逼近技术还是通过其他的技术，在例证性实施例中，处理设备16被配置为从其多面表面削减多余的面60(步骤116)，从而减少多面表面中面60和顶点62的数量。更加特别地，在表面模型58的表面将被削减的实施例中，处理设备16被配置为在保持该表达的精度的同时执行减少面60和顶点62的削减算法。在例证性实施例中，这通过合并在多面表面的较大尺寸特征上具有最少影响的顶点62来实现。一般来说，面60的数量的减少通过顶点62的评估以及基于顶点62评估的边缘折叠的操作来实现，这是本领域公知的技术。以贪婪算法模式基于诸如拓扑学及几何标准的因素来选择源自内部体元56_I的顶点62，然后如本文所述的进行评估。

参照图13A，现在将描述可由处理设备16执行的例证性削减算法。首先，处理设备16被配置为建立多面表面的面60/顶点62的基本邻接(步骤118)。为此，处理设备16使与另一面60共有给定顶点62和/或面边缘64(如图12所示，每个面60包括多个边缘64)的那些面60成平面。因此，将与另一面60共有给定顶点62和/或边缘64的每个面60置于列表中用于将来的处理或评估。

一旦将合适的面60置于列表中，在例证性实施例中，处理设备16被配置为计算每个面的面法线以及列表中每个顶点62的顶点法线(步骤120)。顶点法线是垂直于面60的平面的单位长度向量，并且从由该面60是其一部分的表面所围绕的容积向外指向。顶点法线是紧靠正在评估的顶点62的面60的面法线的加权平均值。加权因子与面60的对应区域有关从而使得较大的面60相比较小地邻近的面60按比例更多地贡献至顶点法线。可使用本领域公知的技术来计算面和顶点法线，并因此，用于计算面和顶点法线的技术将不再描述。

一旦分别计算了列表中每个面60和顶点62的顶点和面法线，处理设备16被配置为关于某些削减标准来评估列表中每个顶点62(步骤122)，然后基于该评估来产生削减队列(步骤124)。一般来说，削减标准要求被考虑的顶点62的邻域应该相对平坦且对多面表面的整体形状影响不大(即，顶点的邻域不包括可以表示解剖结构的重要拓扑特征的任何波峰或波谷(崎岖不平区))。为了本发明，术语“邻域”定义为包括正在评估或考虑的顶点62(即中心顶点)以及与正在评估的顶点62一起形成边缘64的所有附近或周围顶点62的多面表面区域。为了更好地示意这一点，参照图14，其示意了顶点62₁的领域。顶点62₁的领域包括周围顶点62₂-62₇中的每一个，其中每个顶点62₂-62₇与中心顶点62₁一起形成边缘。

更具体地来说，在例证性实施例中，处理设备16评估被考虑的顶点62的邻域中每个面60的面法线向量，从而观察该向量是否在基本相同的方向上对齐或指向(即，确定该向量是否彼此基本平行或可接受的平行)。因此，如果图14中的向量62₁是正在评估的向量，每个邻域面60(即图14中的小面60₁-60₆)的法线向量被评估以看它们是否彼此对齐。给定邻域中法线向量的对齐是邻域构成多面表面的至少基本平坦区域的初步证据。另一方面，法线向量的不对齐是邻域构成多面表面的不平坦或崎岖不平的区域的初步证据。

如果处理设备16确定法线向量不对齐，处理设备16被配置为丢弃正在评估的顶点62，这是因为其邻域不符合削减标准，该标准包括对于多面平面的整个形状来说是不重要的相对平坦区域。如果所评估的顶点62被丢弃，处理设备16移动至列表中的下一个顶点62并重复前述过程。然而，如果处理设备16确定法线向量实际上对齐并因此符合削减标准，则处理设备16被配置为将所评估的顶点62置于削减队列中(步骤124)。

一旦已经评估了列表中的每个顶点62并且已经产生了削减队列，削减队列中的顶点62相对于彼此确定优选顺序，从而确定队列中顶点62被评估用于削减的顺序(步骤126)。更加特别地，队列中的顶点62和它们的对应邻域需要排列优选顺序以使得多面表面最平坦的那些区域被首先削减。

在例证性实施例中，处理设备16考虑队列中的每个顶点62，为每个分配对应某预定度量的值，然后根据所分配的度量值对顶点62进行归类。

在一个仅设置用于例证性目的的实施例中，所利用的度量与削减队列中那些顶点62的邻域中的顶点62和对应的各自邻域的平均平面之间的距离有关。在该实施例中，处理设备16被配置为确定用于来自正在考虑的削减队列的顶点62的邻域的平均平面。这可以通过拟合邻域中所有顶点62(然而，不包括所考虑的顶点62)的平面来实现。处理设备16然后测量或计算邻域中每个顶点62与平均平面之间的距离。处理设备16然后确定距邻域的平均平面的最大绝对距离。例如，如果邻域中具有三个顶点62并且它们各自与平均平面的距离是高于平面两毫米(+2mm)、零毫米(0mm)、以及低于平面两毫米(-2mm)，对于对应所考虑的顶点62的邻域的最大绝对距离，以及由此以用于优选排序目的分配所考虑的顶点62的最大绝对距离是两毫米(2mm)。一旦已经确定了队列中对于给定顶点62的最大绝对距离，处理设备16被配置为移动至削减队列中的下一顶点62，并对顶点62执行确定最大绝对距离的相同步骤。

一旦队列中每个顶点62已经被考虑并且已经被分配对应各自邻域的最大绝对距离，处理设备16被配置为将顶点62以最小的最大绝对距离至最大的最大绝对距离的顺序进行归类。具有最小的最大绝对距离的那些顶点62被认为是最高优先级的(由于它们将表示多面表面的“最平坦”或最共面的区域)，而具有最大的最大绝对距离的那些顶点62将被认为是针对削减目的最低优先级的。除了基于诸如上面所述的度量进行顶点的优先排序(例如，距邻域的平均平面的最大绝对距离)，在例证性实施例中，最低程度优先级的顶点，即仅具有几个邻近面(例如三个或四个面)的那些顶点62，可以人工地增加以把它们定为目标用于优先削减。

应该理解的是，虽然上面描述已经限定了使用与领域的平均平面的最大绝对距离作为对削减队列进行优先排序的度量，本发明并不意味着要局限于此。而是，本领域技术人员能够理解的是，能够使用其他度量对削减队列进行优先顺序排序，并且这些其他度量仍在本发明的精神和范围内。

一旦削减队列已经产生并且其中的顶点62已经确定优先顺序，处理设备16被配置为开始实际的削减过程。在例证性实施例中，并如图13A所示意，处理设备16被配置为将表面模型58中的多面表面的最高优先级边缘64折叠(步骤130)。更加特别地，处理设备16选择队列中最高优先级的顶点62(步骤127)并且基于该最高优先级顶点62确定多面表面的最高优先级边缘64(步骤128)。为此，处理设备16确定邻近最高优先级顶点62的顶点(即，与最高优先级顶点62一起形成面60的边缘64的那些顶点)中的哪些与其距离最近。由最高优先级顶点62和最近的邻近顶点62形成的边缘64是最高优先级边缘64。处理设备16然后通过从多面表面删除正在评估的顶点62(从队列中取出的最高优先级顶点)并将所有关联的边缘64移动至最高优先级边缘64的剩余顶点62(即与正在评估的顶点62最近的邻近顶点62)来折叠最高优先级边缘64(步骤131)。因此，剩余的顶点62现在是删除的顶点先前是其一部分的所有边缘64的一部分。结果是，由于最高优先级棱边64不再存在，共同享有现在折叠的最高优先级边缘64的两个面60从多面表面消除。

在诸如图13B所示的例证性实施例中，在删除最高优先级顶点62和折叠最高优先级边缘64之前，处理设备16被配置为评估一个或多个预定条件以确定实际上是否应该针对正在评估的最高优先级顶点62、或最高优先级顶点62及其最近的邻近顶点62是其一部分的最高优先级边缘64执行削减处理(图13B中的步骤132)。

例如，在例证性实施例中，处理设备16被配置为在最近的邻近顶点62(即，与最高优先级顶点62一起形成边缘64的最近顶点62)由处理设备16确定为距最高优先级顶点62超出预定阈值距离时，从削减队列移除正在评估的最高优先级顶点62(即，对于该顶点62不执行削减处理)。在该情形中，最高优先级顶点62被丢弃并从削减队列移除。阈值距离可被设置为系统10特别地是处理设备16(即，在系统10的制造过程中或在系统10的初始化过程中以及使用之前)的装置的一部分。此外，该阈值距离可以是不可调节的，或者它可以通过系统10的用户使用例如上述且最佳示于图1的用户界面53来调节。该阈值距离是毫米级别。例如，在用于例证性目的的一个实施例中，阈值距离是四毫米(4mm)。然而，应该理解的是，阈值距离大于或小于4mm的的实施例仍在本发明的精神和范围内。在例证性实施例中，在如上所述的将顶点62从削减队列移除时，处理设备16被配置为停止削减处理的当前迭代，然后重新开始该过程用于后续的迭代，这将在下文描述。

另外地，或可替代地，处理设备16可以被配置为确定正在评估的最高优先级顶点62是否是在当前迭代算法过程中(即，削减队列中顶点的当前进展过程中)先前折叠的边缘64的一部分。这样，在例证性实施例中，处理设备16从削减队列移除正在评估的最高优先级顶点62，并针对队列中下一最高优先级顶点62重复前述过程。相反，如果正在评估的最高优先级顶点62不是先前折叠的边缘64的一部分，则该过程可如上所述地继续进行。该条件的目的是将削减算法的单次迭代效果限制在每个邻域的最多一条折叠棱边64上。

无论处理设备16是否被配置为在折叠边缘64之前评估任何预定条件，在例证性实施例中，处理设备16被配置为评估顶点62的删除以及所导致的边缘64的折叠在多面表面上的效果(图13B中步骤136)。例如，处理设备16可以被配置为确定周围的面方向是否以超出预定阈值或允许量扰动，如果这样，处理设备16可以被配置为取消该折叠。更加特别地，所述表面的边缘64的折叠可导致诸如面60被反转、变窄、或拉伸的假象，所有这些都是削减处理的不期望效果。因此，可以执行后处理程序，由此可以评估边缘64的折叠效果以确定由此导致的扰动是否是可接受的。一种这样的程序是考虑被影响的面60的方向。更加特别地，面60的方向是通过再计算面60的面法线向量而测得，然后将再计算的面法线与其先前方向对比。基于该对比，处理设备16被配置为确定是否有任何扰动超出预定阈值，如果这样，可能取消折叠。

如果没有需要评估和符合的先行条件，或存在该条件且已经满足，一旦边缘64已经折叠，并且在例证性实施例中，处理设备16确定该折叠不需要取消，处理设备16被配置为将已删除的顶点62从削减队列以及如上所简述的从表面模型58的多面表面移除(步骤131)。处理设备16还被配置为然后更新所有的受到影响的邻接信息并且重新计算折叠边缘64的邻域中所有受到影响的顶点法线(步骤131的子步骤134)，如将在下文描述，其通过处理设备16用于削减算法的随后迭代。因此，该信息可以保存在例如可与处理设备16关联或可由处理设备16访问的存储器中，诸如图1中所示意的存储器47。

一旦对于给定顶点62已经完成了上述的削减处理，处理设备16被配置为通过针对削减队列中的下一最高优先级顶点62以与上述相同的方式从上述步骤127开始重复该处理过程而继续削减处理的当前迭代。

在对削减队列中的每个顶点62完成上述处理后(即，完成迭代处理)，或削减处理的当前迭代被终止(由于上述原因)，处理设备16终止削减处理的当前迭代，并且以与上述相同的方式重复整个处理过程。然而，应该指出的是，在例证性实施例中，该处理过程的一些步骤已经在最近的先前迭代过程中执行，并因此不需要再重复。

例如，在例证性实施例中，在顶点62从削减队列以及表面模型58的多面表面删除时，处理设备16被配置为更新所有受影响的邻接信息并且重新计算折叠边缘64邻域中所有受影响的顶点法线。因此，针对先前迭代过程中邻接信息和顶点法线已经更新的那些特定邻域不需要更新或重新计算邻接信息和顶点法线。而是将处理设备16配置为从例如与处理设备16关联或可由处理设备16访问且其中存储邻接信息的存储器获取所需的信息。类似的，因为作为削减处理的先前迭代的结果，一些区域或邻域的邻接信息和顶点法线中没有任何变化，表面模型58中未被削减处理的先前迭代影响的那些区域或邻域的邻接信息和顶点法线将不需要更新或重新计算。因此，在该实施例中，处理设备16将在上述的步骤122处开始并如图13A和13B所示的重复该处理过程。

上述削减处理是迭代处理，其可以执行多次或迭代直至多面表面中不再有顶点62符合削减标准(例如，将所有顶头62置于被认为是崎岖不平或至少不完全平坦的区域中)。一旦确定包括多面表面的面60的数量符合面的预定最小数量，或者面足够的大(即，从符合削减标准的每个顶点62发出的每个边缘超出预定长度(例如，4mm))以使得削减是无益的或不期望的，削减处理还可以停止。

如图5所示，在例证性实施例中，处理设备16被配置为在表面模型58的多面表面的面60上执行平滑操作(步骤138)。无论上述削减处理是否已在多面表面上执行，都可以执行该平滑操作。然而，在多面表面被削减的例证性实施例中，在削减处理完成后进行平滑操作。一般来说，平滑操作用来例如使得表面模型58的多面表面更加均匀和规则，以及使得面60更好和更少歪斜。参照图15，在例证性实施例中，通过利用本领域公知的简单的拉普拉斯松弛技术来平滑多面表面。然而，总而言之，处理设备16被配置为评估多面表面中的每个顶点62并且计算对应其的平滑坐标，这用于使多面表面平滑。

更加特别地，在例证性实施例中，处理设备16被配置为选择待评估的顶点62(步骤139)并产生顶点62的列表、以及它们与选定顶点62共有的面60的各自的(x,y,z)坐标(即，每个顶点62转换为三维空间整数坐标)(步骤140)。因此，针对选定的顶点62(例如，坐标(x₁,y₁,z₁))的顶点62的列表将包括那些与选定的顶点62(例如，坐标(x₂,y₂,z₂))、…、(x_L,y_L,z_L)，其中“L”是列表中顶点62的数量)共有的面60的那些顶点62。一旦生成了顶点列表，处理设备16就被配置为计算选定顶点的平滑坐标(步骤142)。

在例证性实施例中，处理设备16被配置为通过利用下面等式(12)来计算平滑坐标：

在等式(12)中，项“w_l”是分配至作为求和操作的一部分的每个顶点62的权重值(步骤141)。权重值总是正的，并且所有权重的和始终等于一(1)。权重值将指示列表中的哪个顶点62具有在选定顶点62上的较大“牵引”，并因此，选定的顶点62将朝向列表中这个或这些顶点62被更强的牵引。因此，如果权重相等或均匀，列表中每个顶点62的牵引将是相同的，而如果一些顶点62相比其他顶点具有更大的权重，具有更大权重的那些顶点62的牵引将比具有较小权重的顶点62的牵引更强。

权重的特定值可基于多个因素。一个因素是列表中并因此与选定的顶点62共有面60的顶点62的数量。例如，假定图14中的顶点62₁是其坐标正在被平滑处理的选定顶点。因此，如图14所示，与选定的顶点62₁共有面60的六(6)个顶点(顶点62₂-62₇)，并因此在列表中具有六(6)个顶点。列表中每个顶点62₂-62₇被分配权重，并且这些权重的和将等于数值一(1)。在列表中的每个顶点是相同表面的一部分的例证性实施例中(即，处于相同表面模型58中)，顶点62的权重是均匀的。因此，在该实例中，六个顶点62₂-62₇中的每一个将具有“1/6”或(0.167)的权重。

一旦针对一个顶点62确定了平滑坐标，处理设备被配置为确定多面表面中是否有待评估的任何其他顶点62(步骤144)，并且针对表面模型58中的多面表面中的每个剩余顶点62重复上述平滑处理直至每个顶点62已经被评估并确定了它们的平滑坐标。

如上面简要描述以及如图5所示的，一旦已经使用上述技术针对感兴趣结构的期望区域生成了表面模型，例如，处理设备16就被配置为将个体表面模型结合在一起以形成感兴趣结构的合成表面模型(步骤102)。在例证性实施例中，处理设备16被配置为通过计算或运算对应感兴趣结构的感兴趣期望区域的多面表面的布尔并集逼近，将个体表面模型结合在一起。换言之，通过运算或计算表面模型58的三维布尔并集逼近将感兴趣区域的表面模型58结合在一起。

一般来说，处理设备16被配置为以与上述的个体表面模型58的生成基本相同的方式来计算/运算布尔并集逼近。更加特别地，在例证性实施例中，处理设备16被配置为首先从对应感兴趣个体区域的多面表面计算或构造体元栅格。换言之，两个或多个个体表面模型的两个或多个多面表面组合为一个共同的体元栅格。出于示意的目的，图16描绘了体元栅格66，其计算对应感兴趣结构的不同区域的一对简化、椭圆形表面模型，它们结合在一起以生成合成表面模型。一旦计算或构造了体元栅格66，处理设备16被配置为使用例如移动立方体算法从体元栅格66提取单个的、合成的多面表面模型。在例证性实施例中，处理设备16然后被配置为以与上述关于生成个体表面模型58相同或相似的方式削减和/或平滑所产生的多面表面。

因此，并参照图17，处理设备16被配置为以与上述关于构造个体表面模型58的体元栅格基本相同的方式计算或构造包含多个体元68的二进制体元栅格66(步骤146)并且保持识别体元的数值源的索引。然而，更加特别地，在例证性实施例中，处理设备16被配置为读出正在结合的个体表面模型58中的每一个的多面表面(步骤148)，并且在例证性实施例中，将每个个体表面模型的每个面用该面所属的感兴趣区域的标识符标记。处理设备16被配置为然后将那些个体多面表面中的面60的每个顶点62转换为整数坐标的三维空间(步骤150)。在例证性实施例中，每个整数坐标被扰动以使得其数值是偶数，这出于诸如下面所述的那些原因。处理设备16然后被配置为限定边界盒，其包含正在结合的表面模型58的所有顶点62(步骤152)。

在例证性实施例中，一旦限定了边界盒，就确定了边界盒的欧几里得坐标(即(MIN_x,MIN_y,MIN_z)和(MAX_x,MAX_y,MAX_z))。更特别地，沿每条x-、y-、z-轴的最小和最大值被确定并作为边界盒的坐标。因此，为了确定边界盒的x-坐标，处理设备16被配置为确定个体表面模型58中具有表面模型58的所有顶点62中的最小“x值”的顶点62，以及具有表面模型58的所有顶点62中的最大“x值”的顶点62。处理设备16然后使用那些各自的最小和最大值作为边界盒的最小和最大x-坐标。边界盒的最小和最大y-和z-坐标也以上述关于x-坐标的相同方式来确定。

在例证性实施例中，边界盒可以上述关于边界盒52的相同或相似方式来填充或扩展(例如，可以填充边界盒以使得其尺寸是体元尺寸的整数倍，所述体元包括对应边界盒的体元栅格，或通过一个或多个体元来简单地扩展尺寸)。在该情形中，将以与上述关于边界盒52的基本相同方式来确定扩展的边界盒的坐标。

在确定了边界盒的坐标后，处理设备16被配置为构造边界盒内的体元栅格66(步骤153)。体元栅格66具有预定“ν”值，其对应体元栅格66中每个体元68(水平和垂直栅格线在图16中交叉处的每个点构成体元68)之间的距离。ν值可以设置为系统10特别地是处理设备16(即，在系统10的制造过程中或在系统10的初始化过程中以及使用之前)的装置的一部分。此外，该值可以是不可调节的，或者它可以通过系统10的用户使用例如上述的用户界面53来调节。在例证性实施例中，ν的值可以是大约0.75mm，然而，本发明并不意味着要局限于此。

一旦计算了包含正在结合的两个(或全部)个体表面模型58的体元栅格66，处理设备16被配置为确定栅格66的哪些体元68处于正在结合的多面表面的内部，以及哪些体元68处于外部(步骤154)。在一个例证性实施例中，这通过使用本领域公知的射线投射技术来实现。然而，总而言之，体元栅格66具有在x-方向上I个单元、在y-方向上J个单元、以及在z-方向上K个单元给定的尺寸。这样，且如上面关于体元栅格54及其体元56所述的，每个体元68具有(i,j,k)指数。在一个例证性实施例中，射线投影技术包括在“i”方向上投影多条射线。每条射线在j-k平面中相应点定心，j-k平面是体元空间自身在体元栅格66的i＝0处侧面的断面。因此，射线的原点将具有坐标(0,MIN_y+jν,MIN_z+kν)。在例证性实施例中，每条射线的原点将被强制为奇数，这是因为个体表面模型的顶点62的坐标是偶数(如上面简述的)。这样做以确保射线将始终不会包含表面模型的面60的顶点62。

每条射线从i＝0的j-k平面上的相应点投射投射直至射线到达体元栅格的i＝I的另一侧(这是在栅格的“i”方向上的体元数量)。射线的j和k坐标沿射线的长度保持恒定。投射的射线的最大数量是体元栅格66的尺寸的函数。因此，由于体元栅格66具有尺寸J-K，则射线投射技术期间投射的射线的最大可能数量将是J×K。

每条射线用于确定处于由个体表面模型58的多面表面限定边界的立方体内侧的沿“i”方向的一组体元68。图16示意了射线投射过程并描绘了确定为处于包含在体元栅格66(体元68_I)内的一个或多个立方体的边界内的那些体元68与确定为处于所述立方体外侧的那些体元68的区别。确定为处于至少一个立方体内的那些体元68将用于生成合成表面模型，这将在下文描述。这些体元68_I中每一个的数值设置为一(1)，并且对应每个立方体的相应组体元68_I将以包含该组体元68_I的立方体的索引来标识。

在射线投影过程期间，射线可与由两个面60共有的边缘相交。这里出现的问题是相交点不能同时是两个面60的部分。因此，在该情形中，需要做出交叉发生的点将属于哪个面的决定或指定。在任何情形中，做出该决定或指定的过程需要统一地应用以确保一致性。用于做出该决定的一种例证性技术是对射线的方位引入扰动。更加特别地，在例证性实施方式中，无穷小扰动可应用至例如射线的z-方位。通过扰动射线的方位，该射线将不再与共有边缘交叉，而是射线将从该边缘偏离并将是共用该射线初始交叉的边缘的两个面60中仅一个面的一部分。射线方位的扰动可通过分析边缘和射线的向量积的符号来实现，然后因此产生扰动。

应该理解的是，虽然上面描述是关于射线在j-k平面上的点的集中以及射线在“i”方向上的投射，在其他例证性实施例中，射线可以集中在i-j、i-k或j-k平面中的任一个，或射线可以是非轴向对齐的(例如，该数据能够转换至另一坐标系统)，并且如此，这些实施例仍在本发明的精神和范围内。

一旦处理设备16确定了哪些体元68(即，68_I)用于合成表面模型的生成(即，布尔并集逼近)，在例证性实施例中，处理设备16被配置为以与生成个体表面模型58基本相同的方式生成合成表面模型(步骤156)。

因此，在例证性实施例中，处理设备16被配置为处理体元68_I以提取对应体元68_I的合成表面模型70(步骤158)。图18描绘了例证性合成表面模型70的多面表面的一部分。合成表面模型70具有多面表面，其中体元栅格66的每个体元68_I包括合成表面模型70中的顶点72。在例证性实施例中，多面表面的面74具有三角形形状，然而本发明并不意味着局限于此。

在例证性实施例中，处理设备16被配置为使用例如移动立方体技术从体元68_I提取合成表面模型70。然而，应该理解的是，移动立方体技术以外的技术也可用于从体元68_I提取或生成合成表面模型70，并且这些技术仍在本发明的精神和范围内。

和上述个体表面模型58的生成一样，在例证性实施例中，处理设备16被配置为在合成表面模型70的多面表面上执行提取后或生成后处理操作。例如，处理设备16可以被配置为从合成表面模型70的多面表面削减多余的面74(步骤160)。在处理设备16被配置为执行削减处理的实施例中，它可以利用上面所详细描述的关于个体表面模型58的多面表面的削减的特定技术。因此，合成表面模型70的多面表面的每个顶点72和/或面74将以与上述关于个体表面模型58特别是其多面表面的削减相同的方式来评估或考虑。这样，如上描述以相同的效力应用于此，并将不再重复，而是通过引入包含于此。

无论合成表面模型70的多面表面是否被削减，在例证性实施例中，处理设备16被配置为在合成表面模型70的多面表面上执行平滑操作(步骤162)。如上所述，平滑操作用于例如使得合成表面模型70的多面表面更加均匀及规则，以及使得面74更好和更少歪斜，并且另外地，处理合成表面模型70在将是个体表面模型58之间过渡的区域。

参照图15，并且如上面关于个体表面模型58的多面表面的平滑所描述的，在例证性实施例中，多面表面将使用本领域公知的多种技术来平滑，诸如但不限于拉普拉斯松弛技术。然而，总而言之，处理设备16被配置为评估多面表面中的每个顶点72并且计算对应其的平滑坐标，这用于使多面表面平滑。

更加特别地，处理设备16被配置为选择待评估的顶点72(步骤139)并产生顶点72的列表、以及它们与选定的顶点72共有面74的各自的(x,y,z)坐标(即，每个顶点72转换为整数坐标的三维空间)(步骤140)。因此，针对选定的顶点72(例如，坐标(x₁,y₁,z₁))的顶点72的列表将包括那些与选定的顶点72(例如，坐标(x₂,y₂,z₂))、…、(x_L,y_L,z_L)，其中“L”是列表中顶点72的数量)共有面74的那些顶点72。一旦生成了顶点列表，处理设备16被配置为计算选定顶点的平滑坐标(步骤142)。

在例证性实施例中，处理设备16被配置为通过利用上述的等式(12)来做此事。如上所述，在等式(12)中，项“w_l”是分配至作为求和操作一部分的每个顶点72的权重值(步骤141)。权重值总是正的，并且所有权重的和始终等于一(1)。如上所述，权重值将指示列表中的哪个顶点72具有在选定顶点72上的最大牵引，并因此，选定的顶点72将朝向列表中的这个或这些顶点72被更强的牵引。因此，如果权重相等或均匀，列表中每个顶点72的牵引将是相同的，而如果一些顶点72相比其他顶点具有更大的权重，具有较大权重的那些顶点72的牵引将比具有较小权重的顶点72的牵引更强。

权重的特定值可基于多个因素。一个因素是列表中并因此与选定顶点72共有面74的顶点72的数量。例如，为了示意的目的，假定图18中顶点72₂是坐标正在被平滑的选定的顶点。因此，如图18所示，具有与选定顶点72₂共有面74的六(6)个顶点(顶点72₁和72₃-72₇)，并因此在列表中具有六(6)个顶点。列表中每个顶点72₁和72₃-72₇被分配权重，并且这些权重的和将等于数值一(1)。在列表中每个顶点是相同表面的一部分的实施例中(即，来自相同表面模型58)，顶点72的权重是均匀的。因此，在该实例中，六个顶点72₁和72₃-72₇中每个将具有“1/6”或(0.167)的权重。

仅关于在合成表面模型上执行平滑操作可应用的另一因子是选定顶点72是否由两个正在结合的不同表面共有(即，在两个表面模型58结合在一起以形成合成表面模型70时由两个表面模型58共有的顶点72)。在该情形中，顶点列表中同样由正在结合的两个不同表面共有的的那些顶点72将被分配大于那些不由两个表面所共有的那些顶点72的权重。

例如，并且出于示意的目的，假定图18中顶点72₂是坐标正在被平滑的选定顶点。因此，如图18所示，有六(6)个顶点(顶点72₁和72₃-72₇)与选定顶点72₂共有面74，并因此在列表中有六个顶点。列表中顶点72₁和72₃-72₇中的每一个被分配权重，并且这些权重的和将等于数值一(1)。进一步假定合成表面模型70的面74₁-74₃来自一个个体表面模型，而面74₄-74₆来自另一个体表面模型。因此，顶点72₁-72₃中的每一个由结合在一起形成合成表面模型70的两个表面模型共有。因此，顶点72₁和72₃中的每一个将被分配的权重不同于且大于剩余顶点72(顶点72₄-72₇)的权重。例如，在一个例证性实施例中，顶点72₁和72₃中的每一个被分配“48/100”或(0.48)的权重，而列表中剩余顶点72中每一个可被分配“1/100”或(0.01)的权重。由于这些权重，选定的顶点72₂将以拉紧的线朝向顶点72₁和72₃被更加强力地牵引以形成平滑边界。应该理解的是，上述的特定权重仅是例证性的，并且不意味着实际上要限定。实际上，可以调节权重以引起边界或多或少拉紧。

无论如何，一旦分配了合适的权重，就可执行等式(12)以确定给定的选定顶点72的平滑坐标。一旦为每个顶点72确定了平滑坐标，处理设备16就被配置为确定多面平面是否有待评估任何其他顶点72(步骤144)，以及对于合成表面模型70的多面表面中的每个剩余顶点72重复上述平滑处理直至每个顶点72已被评估并且它们的平滑坐标已被确定。

一旦完成了平滑操作，合成表面模型70的生成也完成，并且该结果是感兴趣结构的三维合成表面模型。

应该理解的是，除了上述的系统10的结构，本发明的另一方面是用于生成一个或多个几何结构的三维表面模型的方法。在例证性实施例中，并且如上所述，系统10的模型构造系统14，以及特别的是其处理设备16，被配置为执行该方法。然而，在其他例证性实施例中，处理设备16被配置为执行该方法的部分而不是全部。在该实施例中，作为系统10或其模型构造系统14的部件、或被配置为与系统10以及特别地是与其处理设备16通信的另一个部件或多个部件被配置为执行该方法中的一部分。

在任一情形中，并参照图5，在例证性实施例中，以最一般方式的方法包括步骤100，其生成感兴趣结构的每个感兴趣区域的三维表面模型。在生成了多个感兴趣区域的多个表面模型的例证性实施例中，该方法可包括步骤102，其将个体表面模型结合在一起以形成感兴趣结构的合成表面模型。

在例证性实施例中，生成步骤100包括子步骤104，其获取感兴趣结构的每个感兴趣区域的一组方位数据点。每组方位数据点包括多个方位数据点，其对应该组方位数据点所对应的相应感兴趣区域的表面上的相应方位。方位数据点可以多种方式获取。在一个例证性实施例中，获取步骤可包括从存储器或存储装置获得方位数据点。在另一例证性实施例中，获取步骤可包括使用例如导管安装传感器从感兴趣区域的相应表面收集方位数据点。出于示意及便于描述的目的，并且为了简要，下面的描述将针对单组方位数据点。然而，应该理解的是，下面的描述应用于被用于生成感兴趣结构的感兴趣区域的表面模型的每组方位数据点。因此，针对获取的每组方位数据点执行下面所阐述方法的步骤。

一旦获取了该组方位数据点，生成步骤100包括子步骤106，其构造对应所获取的该组方位数据点的体元栅格。该体元栅格包括多个体元，并且生成步骤100包括子步骤108，其确定或识别体元栅格中的哪些体元要用于生成感兴趣区域的表面模型。可使用各种技术来确定或识别用于生成表面模型的那些体元，包括例如但不限于上述关于表面模型58的生成的那些技术。在子步骤108中体元的识别之后，生成步骤100包括子步骤110，其生成感兴趣区域的多面表面。在例证性实施例中，子步骤110可包括通过从子步骤108中识别的体元栅格的体元计算/运算或提取α-包逼近来生成多面表面模型。然而，应该理解的是，可以使用本领域公知的其他技术，并且这些技术仍在本发明的精神和范围内。

一旦生成了感兴趣区域的表面模型，可在表面模型的多面表面上执行多个生成后操作。例如，在例证性实施例中，该方法包括步骤116，其削减表面模型的多面表面以从中移除多余的面。削减步骤116可包括，例如但不限于，上面所述且在图13A和13B中关于表面模型58的多面表面的削减所示意的步骤。这样，上面的描述将不再重复，而是通过引入包含于此。

无论步骤100中生成的表面模型的多面表面是否被削减，可以在表面模型的多面表面上执行的另一生成后操作是平滑操作。因此，在例证性实施例中，该方法包括平滑步骤138。该平滑步骤可包括，例如但不限于，上面所述且在图15中关于表面模型58的多面表面的平滑所示意的步骤。这样，上面的描述将不再重复，而是通过引入包含于此。

在例证性实施例中，一旦对于感兴趣结构的每个感兴趣区域生成了表面模型，就可以执行步骤102，其将个体表面模型结合在一起以形成合成表面模型。在例证性实施例中，结合步骤102包括运算或计算个体表面模型的布尔并集逼近。

结合步骤102可包括多个子步骤。在例证性实施例中，诸如上面所述的且在图17中关于合成表面模型70的生成所示意的，并且相对一般的来说，结合步骤102包括子步骤146，其运算或构造由对应且包含感兴趣结构的感兴趣区域的个体表面模型的多个体元的组成的体元栅格。在例证性实施例中，子步骤146包括：步骤148，其读出个体表面模型的多面表面；步骤150，其将每个个体表面模型的顶点转换为整数坐标的三维空间；步骤152，其限定包含这些顶点的边界盒；以及最后的步骤153，其计算或运算对应所限定的边界盒的体元栅格。

一旦构造了体元栅格，在例证性实施例中，结合步骤102包括子步骤154，其确定或识别体元栅格中的哪些体元用于生成合成表面模型。可以使用各种技术来确定或识别用于生成表面模型的那些体元，包括，例如但不限于，上述关于合成表面模型70的生成的射线投射技术。在子步骤154中体元的识别之后，结合步骤102包括子步骤156，其生成感兴趣结构的多面合成表面模型。在例证性实施例中，子步骤156可以包括步骤158，其使用，例如但不限于，移动立方体技术从子步骤154中识别的体元栅格的体元来提取多面表面模型。然而，应该理解的是，可以使用本领域公知的其他技术，并且这些技术仍在本发明的精神和范围内。

同上述的个体表面模型一样，一旦生成了感兴趣区域的合成表面模型，可以在合成表面模型的多面表面上执行多个生成后操作。例如，在例证性实施例中，该方法包括步骤160，其削减表面模型的多面表面以从中移除多余的面。削减步骤160可以包括，例如但不限于，上面所述且在图13A和13B中关于表面模型58以及合成表面模型70的多面表面的削减所示意的步骤。这样，上面的描述将不再重复，而是通过引入包含于此。

无论合成表面模型的多面表面是否被削减，可执行的另一生成后操作是平滑操作。因此，在例证性实施例中，该方法包括平滑步骤162。该平滑步骤162可以包括，例如但不限于，上面所述且在图15中关于表面模型58和合成表面模型70的多面表面的平滑所示意的步骤。这样，上面的描述将不再重复，而是通过引入包含于此。

应该理解的是，上面关于系统10、及模型构造系统14、以及特别的是其处理设备16的详细描述的另外功能也可以是本发明方法的一部分。因此，在某种程度上就关于该方法没有明确描述的功能来说，其描述将通过引用包含于此。

应该理解的是，如上所述的模型构造系统14以及特别地处理设备16可包括本领域公知的常规处理设备，其能够执行存储在相关存储器内的预编程指令，该指令全部根据本文所描述的功能来执行。能够预期的是，本文所描述的方法，包括但不限于本发明实施例的方法步骤，将在优选实施例中编程，其中所产生的软件存储在相关存储器中，并且其这样描述时也可构成执行该方法的手段。基于前面可行的描述，本发明在软件中的实施需要的是不超出本领域普通技术人员的日常编程应用能力。该系统还可以是具有ROM、RAM、非易失性存储器和易失性(可修改)存储器的组合的类型，从而使软件能够被存储并允许存储和处理动态产生的数据和/或信号。

虽然某些实施例在上文仅以一定的特殊性描述，但本领域技术人员能够在不偏离本发明的范围的情况下对所公开的实施例做出多种改变。连接参考(例如，附接、耦合和连接等)应该广义地解释并可以包括元件的连接之间的中间构件和元件之间的相对移动。这样，连接参考并非必然直接指的是两种元件彼此直接地连接/耦合并处于固定关系。另外，术语“电连接和导通”指代的是广义的解释以包括有线及无线连接和导通。上面描述中所包含的或附图中所示出的所有主题应该解释为说明性的而非限制性的。可以在不偏离所附权利要求限定的本发明的情况下做出细节或结构的改变。

Claims (19)

1.一种用于生成几何结构的多维表面模型的系统，该系统包括：

处理设备，所述处理设备被配置为：

获取一组方位数据点，其包括对应几何结构区域表面上相应方位的多个方位数据点；

确定在该组方位数据点的至少一个方向上的最大或最小坐标；

限定边界盒，所述边界盒包含该组方位数据点中的每个方位数据点，其中限定边界盒包括限定所述边界盒的边等于所述坐标；

构造对应所述边界盒的体元栅格，其中所述体元栅格包括多个体元；

对于每个方位数据点，计算该方位数据点与所述多个体元中每一个体元之间的距离；

将与至少一个方位数据点之间的距离小于预定阈值的每个体元确定为内部体元；以及

从所述体元栅格的所述多个体元中的所述内部体元提取多面表面模型。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多面表面模型包括所述多个体元中某些体元的α-包逼近。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置为执行下述中的至少一个：

削减所述多面表面模型的表面以从中移除多余的面；以及

使所述多面表面模型的所述表面平滑。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述处理设备被配置为削减所述表面模型的表面，所述处理设备还被配置为：

生成削减队列，其包含符合至少一个预定削减标准的所述多面表面模型的每个体元；

以优选顺序排列所述削减队列中的顶点；

选择所述削减队列中的最高优先级顶点；

确定包含所述最高优先级顶点的最高优先级边缘，其中所述最高优先级边缘包含所述最高优先级顶点和相邻的顶点；以及

通过从所述多面表面模型删除所述最高优先级顶点，并将关联至所述最高优先级顶点的所述多面表面模型的所有边缘移动至所述相邻的顶点，从而来折叠所述最高优先级边缘。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置为使用移动立方体算法来提取所述多面表面模型。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，在限定包含所述组方位数据点的每个方位数据点的边界盒时，所述处理设备被配置为：

获取多个感测的方位数据点；

针对所述组方位数据点中的每个所感测的方位数据点，将至少一个所计算的方位数据点添加至该组方位数据点；以及

限定三维边界盒，其包含所述组方位数据点中的每个所述所感测的方位数据点和所述所计算的方位数据点。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理设备还被配置为将所述边界盒沿其一个或多个轴扩展预定距离。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述处理设备被配置为将所述边界盒扩展以使其尺寸为所述体元栅格的体元的尺寸的整数倍。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理设备还被配置为针对所述组方位数据点中的所述所感测的方位数据点中的至少一个，将多个所计算的方位数据点添加至所述组方位数据点。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理设备被配置为沿对应所述所感测的方位数据点的至少一个轴添加所述多个所计算的方位数据点。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置为识别所述体元栅格中的所述多个体元。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，在识别所述体元栅格中的所述多个体元时，所述处理设备被配置为：

针对每个方位数据点计算所述方位数据点和所述体元栅格中的每个体元之间的距离；

生成体元的第一子集，其包括距至少一个所述方位数据点的距离小于第一预定距离的那些体元；

生成体元的第二子集，其包括不包含在第一子集中并且邻近所述第一子集中至少一个所述体元的那些体元；

针对第二子集中的每个体元计算所述体元和所述第一子集中每个体元的距离；以及

识别所述体元的第一子集中距离所述第二子集中每个体元超过第二预定距离的每个体元。

13.一种利用第一和第二组方位数据点生成几何结构的多维表面模型的计算机实现方法，所述第一组方位数据点包括对应所述几何结构的第一区域表面上相应方位的多个方位数据点，以及所述第二组方位数据点包括对应所述几何结构的第二区域表面上相应方位的多个方位数据点，所述方法包括：

限定第一和第二立方体边界盒，所述第一立方体边界盒包括所述第一组方位数据点，所述第二立方体边界盒包括所述第二组方位数据点；

分别自所述第一和第二立方体边界盒构造第一和第二体元栅格，其中每个体元栅格包括多个体元；

对于第一组方位数据点中每个方位数据点，计算该方位数据点与所述第一体元栅格的多个体元中每一个体元之间的距离；

对于第二组方位数据点中每个方位数据点，计算该方位数据点与所述第二体元栅格的多个体元中每一个体元之间的距离；

将与至少一个方位数据点之间的距离小于预定阈值的每个体元确定为内部体元；

从所述第一体元栅格的所述多个体元中的内部体元生成针对所述第一区域的第一多维表面模型，以及从所述第二体元栅格的所述多个体元中的内部体元生成针对所述第二区域的第二多维表面模型；以及

将所述第一和第二表面模型结合在一起以形成合成多维表面模型。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一和第二组方位数据点是通过传感器从所述几何结构的所述第一和第二区域的表面收集的。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述结合步骤包括如下子步骤：

构造对应且包含所述第一和第二表面模型的第三体元栅格，其中所述第三体元栅格包括多个体元；以及

从所述第三体元栅格的所述多个体元的某些中生成所述合成表面模型。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述合成表面模型包括多面表面，以及所述方法还包括下述中的至少一个：

削减所述多面表面以从中移除多余的面；以及

使所述多面表面平滑。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一和第二多维表面模型中的每个包括多面表面，所述方法还包括下述中的至少一个：

削减所述第一和第二表面模型的所述多面表面，以从中移除多余的面；以及

使所述第一和第二表面模型的所述多面表面平滑。

18.根据权利要求13所述的方法，其中生成所述第一和第二多维表面模型的步骤包括分别从所述第一体元栅格的所述多个体元中的某些体元以及从所述第二体元栅格的所述多个体元中的某些体元计算α-包逼近。

19.根据权利要求13所述的方法，其中将第一和第二表面模型结合在一起以形成合成表面模型的步骤包括计算所述第一和第二表面模型的布尔并集逼近。