CN107111891B - 用于生成几何结构的贴片表面模型的方法和系统 - Google Patents

用于生成几何结构的贴片表面模型的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供用于生成几何结构的贴片表面模型的系统和方法。该系统包括基于计算机的模型构造系统，其被配置为耦合至包括被配置为获取与几何结构的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点的至少一个传感器的装置，所述基于计算机的模型构造系统进一步被配置为：基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面，将参考表面再分成多个三角形，将原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上，计算将所投射的方位数据点变至原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数，以及确定贴片表面模型的边界。

Description

用于生成几何结构的贴片表面模型的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求在2014年11月18日提交的序列号为62/081,089的临时申请的优先权，其整个申请文件包含于此。
技术领域
本公开涉及用于生成几何结构的多维模型的系统和方法。更特别地，本公开涉及用于生成例如心内结构的几何结构的贴片表面模型的计算机实施的系统和方法。
背景技术
已知各种基于计算机的系统和计算机实施的方法可以用于生成诸如例如解剖结构的几何结构的多维表面模型。更具体地，各种系统和方法已经用于生成心脏和/或心脏的特定部分的多维表面模型。
一种常规的方法或技术涉及与特定结构的不同感兴趣区域相对应的多个单独表面模型的生成，以及之后将单独表面模型结合在一起以形成单个合成的多维表面模型。已知通过以下来生成单独表面模型：采集来自各个感兴趣区域的表面和由所述表面包围的体积的方位数据点并且之后使用这些方位数据点来生成针对每个感兴趣区域的单独表面模型。
许多技术可以用于从各个方位数据点生成单独表面模型，包括例如凸壳、星形域近似以及α形状(alpha-shape)技术。然而，至少一些已知的建模系统生成拓扑地相当于球面的闭曲面，而没有考虑实际几何结构。因此，如果仅几何结构的一部分被建模，即使该实际部分是开曲面，至少一些已知的建模系统将迫使所生成的模型成为闭曲面，产生不精确的扁平化模型。这种不精确性可能影响用户使用所生成的模型分析几何结构的能力。
发明内容
在一个实施例中，本公开涉及一种用于生成几何结构的贴片表面模型的系统。所述系统包括：基于计算机的模型构造系统，其被配置为耦合至包括被配置为获取与几何结构的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点的至少一个传感器的装置，所述基于计算机的模型构造系统进一步被配置为：基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面，将参考表面再分成多个三角形，将原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上，计算将所投射的方位数据点变至原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数，以及确定贴片表面模型的边界。
在另一实施例中，本公开涉及一种生成几何结构的贴片表面模型的计算机实现的方法。所述方法包括：接收与几何结构的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点，基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面，将参考表面再分成多个三角形，将原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上，计算将所投射的方位数据点变至原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数，以及确定贴片表面模型的边界。
在另一实施例中，本发明涉及一种用于生成几何结构的贴片表面模型的处理设备。所述处理设备被配置为：接收与几何结构的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点，基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面，将参考表面再分成多个三角形，将原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上，计算将所投射的方位数据点变至原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数，以及确定贴片表面模型的边界。
本公开的前述以及其它方面、特征、细节、用途和优势将通过阅读下面的描述和权利要求书并且通过阅览附图而变得显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施例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所示的系统的模型构造系统的图解示意图。
图3是包含方位数据点的集合的点云的示意图。
图4A-4D是适于在图2所示的模型构造系统中使用的驱动贴片电极的示例性偶极子对的示意图。
图5是示出根据一个实施例的生成贴片表面模型的方法的流程图。
图6A是针对图3所示的点云生成的再分后的平面形参考表面的示意图。
图6B是针对图3所示的点云生成的再分后的球面形参考表面的示意图。
图7A是从图6A所示的再分后的平面形参考表面生成的贴片表面模型的示意图。
图7B是从图6B所示的再分后的球面形参考表面生成的贴片表面模型的示意图。
图8是从图6B所示的再分后的球面形参考表面生成并具有相对高的平滑系数的贴片表面模型的示意图。
相应的附图标记表示附图的几个视图中的相应的部件。
具体实施方式
本公开提供用于生成贴片表面模型(例如，心脏的内表面)的系统和方法。本文描述的技术能够从多个所获取的方位数据点生成表面模型。如本文使用的，“贴片表面模型”指的是代表包括整个表面的全部表面的任何部分(即，贴片)的开曲面模型或闭曲面模型。例如，表面模型可以包括如本文所述对心脏的内表面的部分或全部进行建模的相邻三角形的集合。
现在参考附图，其中，相似的附图标记用于标识各个视图中的相同组件，图1示出用于生成一个或多个几何结构的多维表面模型的系统10的一个示例性实施例。如以下将描述的，在该实施例中，由系统10生成的模型是三维模型。然而，应该理解，尽管以下描述了三维模型的生成，但本公开不意味着限制于此。而是，在其他实施例中，系统10可以被配置为生成除三维以外的多维模型，并且这样的实施例仍然处于本发明的精神和范围内。
还应当注意，尽管以下描述主要集中在系统10在解剖结构以及特别地心脏结构的模型的生成中的使用，但本公开不意味着限制于此。而是，系统10以及由此使用的方法和技术可以应用于包括除心脏结构以外的解剖结构的许多几何结构的三维模型的生成。然而，为了示出和容易说明的目的，以下描述将集中在系统10在心脏结构的三维模型的生成中的使用。
继续参考图1，在该实施例中，系统10包括医疗装置和模型构造系统14，以及其他组件。在该实施例中，医疗装置是导管12，并且模型构造系统14部分地包括处理设备16。处理设备16可采用电子控制单元的形式，例如，其被配置为利用由导管12采集的数据来构造心脏内的结构的三维模型。
如图1中所示，导管12被配置为插入患者身体18内，并且尤其是插入患者心脏20内。导管12可包括线缆连接器或接口22、手柄24、具有近端28和远端30(正如本文所使用的，“近”指的是朝向导管12的靠近临床医生的部分的方向，而“远”指的是远离临床医生且(通常)位于患者体内的方向)的轴杆26、以及安装在导管12的轴杆26内或其上的一个或多个传感器32(例如，321、322、323)。在该实施例中，传感器32布置在轴杆26的远端30处或附近。导管12还可包括其他常规组件，例如且不限于，温度传感器、其他传感器或电极、消融元件(例如，用于输送RF消融能量的消融尖端电极、高强度聚焦超声消融元件等等)，以及相应的导体或引线。
连接器22为线缆提供机械、流体和电连接，该线缆例如是延伸至模型构造系统14和/或系统10的其它组件(例如，可视化导航和/或标测系统(如果独立且不同于模型构造系统14的话)、消融发生器、灌注源等等)的线缆34、36。连接器22在本领域中是常规型的且布置在导管12的近端28处，特别是在其手柄24上。
布置在轴杆26的近端28处的手柄24为临床医生提供了握持导管12的方位，并且可进一步提供用于在患者身体18内操纵或引导轴杆26的工具。例如，手柄24可包括用于改变延伸穿过导管12到达轴杆26的远端30的操纵线的长度从而操纵轴杆26的工具。手柄24在本领域也是常规型的，并且应当理解的是，手柄24的构造可以改变。在其他实施例中，导管12可由机器人驱动或控制。因而，在这种实施例中，不是临床医生操作手柄以操纵或引导导管12及其轴杆26，而是使用机器人来操作导管12。
轴杆26是配置用于在身体18内移动的细长管状柔性构件。轴杆26支撑例如但并不限于在其上安装的传感器和/或电极(例如传感器32)、相关导体，以及可能存在的用于信号处理和调节的其它电子器件。轴杆26还可以允许传输、输送和/或移除流体(包括灌注流体、低温消融流体和体液)、药物、和/或外科手术工具或器械。轴杆26可由例如聚氨酯的常规材料制成，并限定一个或多个腔，该腔被配置为容纳和/或传输电导体、流体或外科手术工具。轴杆26可通过常规导引器引入身体18内的血管或其它结构中。之后，可利用本领域公知的工具操纵或引导轴杆26穿过身体18到达期望方位，例如心脏20。
安装在导管12的轴杆26内或轴杆26上的传感器32可提供用于各种诊断和治疗目的，包括例如但不限于，电生理研究、起搏、心脏标测和消融。在该实施例中，提供一个或多个传感器32以实现方位或位置感测功能。更特别地，如下面更为详细的描述，一个或多个传感器32被配置为定位传感器，其提供特别是在某些时刻与导管12及其轴杆26的远端30的方位(位置和方向)相关联的信息。因此，随着导管12沿感兴趣心脏20的结构的表面和/或绕该结构的内部移动，传感器32可用于采集与感兴趣结构的表面和/或其内部的其他方位相对应的方位数据点。之后，例如模型构造系统14可利用这些方位数据点进行感兴趣结构的三维模型的构造，这将在下文更为详细地描述。为清楚和说明起见，以下描述将论述其中导管12的多个传感器32包括定位传感器的实施例。然而，应当理解，在仍然处于本发明的精神和范围内的其他实施例中，导管12可以包括一个或多个定位传感器以及配置为执行其他诊断和/或治疗功能的其他传感器。
如以上简要描述并且如下文中更详细描述的，模型构造系统14被配置为部分地利用由导管12采集的方位数据来构造心脏内的结构的三维模型。更特别地，模型构造系统14的处理设备16被配置为获取由传感器32采集的方位数据点，并且之后使用这些方位数据点来构造或生成方位数据点所对应的结构的模型。在该实施例中，模型构造系统14通过与传感器32一起工作来采集方位数据点，从而获取方位数据点。然而，在其他实施例中，模型构造系统14可简单地从传感器32或系统10的另一组件(例如作为模型构造系统14的一部分或者可由其访问的存储器或其它存储装置)获取方位数据点，而不是真的参与方位数据点的采集。模型构造系统14被配置为基于所采集的方位数据点中的一些或全部来构造三维模型。为说明和清楚起见，下面的描述将限于一个实施例，其中模型构造系统14被配置为既构造模型又通过与传感器32一起工作来采集方位数据点，从而获取方位数据点。然而，应当理解的是，模型构造系统14仅从传感器32或系统10的另一组件获取方位数据点并随后据此构造三维模型的其他实施例仍然处于本发明的精神和范围之内。
因此，在该实施例中，除了构造结构的模型外，模型构造系统14被配置为与传感器32一起工作以采集方位数据点，这些方位数据点用于三维模型的构造。模型构造系统14可包括基于电场的系统，例如市售的来自St.Jude Medical有限公司的EnSiteTM NavXTM系统，其参照名称为“Method and Apparatus for Catheter Navigation and Location andMapping in the Heart”的美国专利No.7,263,397大致示出，该专利的全部内容通过引用包含于此。然而，在其他实施例中，模型构造系统14可包括其他类型的系统，例如但不限于：基于磁场的系统，例如可从Biosense Webster购买的CartoTM系统，并且其参照以下专利中的一个或多个大致示出：名称为“Intrabody Measurement”的美国专利6,498,944、名称为“Medical Diagnosis,Treatment and Imaging Systems”的美国专利6,788,967、以及名称为“System and Method for Determining the Location and Orientation of anInvasive Medical Instrument”的美国专利6,690,963，这些专利的全部内容通过引用包含于此，或者来自MediGuide有限公司的gMPS系统，其参照以下专利中的一个或多个大致示出：名称为“Medical Positioning System”的美国专利6,233,476、名称为“System forDetermining the Position and Orientation of a Catheter”的美国专利7,197,354、以及名称为“Medical Imaging and Navigation System”的美国专利7,386,339，这些专利的全部内容通过引用包含于此；基于电场和基于磁场的组合系统，例如可从BiosenseWebster购买的Carto 3TM系统；以及其他基于阻抗的定位系统、基于声学或超声的系统、以及通常可得的荧光检查、计算机断层扫描(CT)和基于磁共振成像(MRI)的系统。
如以上简要描述的，导管12的传感器32包括定位传感器。传感器32产生表示导管方位(位置和/或方向)信息的信号。在该实施例中，其中模型构造系统14为基于电场的系统，传感器32可包括一个或多个电极。可替换地，在模型构造系统14为基于磁场的系统的实施例中，传感器32可包括一个或多个磁性传感器，其被配置为检测低强度磁场的一种或多种特性。例如，在一个示例性实施例中，传感器32可包括布置在导管12的轴杆26上或轴杆26内的磁性线圈。
为清楚和说明起见，模型构造系统14将在下文中被描述为包括基于电场的系统，例如上面提到的EnSiteTM NavXTM系统。应当理解的是，虽然下面的描述主要限于传感器32包括一个或多个电极的实施例，但在其它实施例中，传感器32可包括一个或多个磁场传感器(例如线圈)。因而，包括定位传感器而非下述传感器或电极的模型构造系统仍处于本发明的精神和范围之内。
参照图2，除了处理设备16外，模型构造系统14可包括多个贴片电极38、多路复用开关40、信号发生器42和显示装置44，以及其它可能组件。在其他实施例中，这些组件中的部分或全部是独立的且不同于模型构造系统14，但是它们电连接至模型构造系统14且被配置为与模型构造系统14进行通信。
处理设备16可包括可编程微处理器或微控制器，或者可包括专用集成电路(ASIC)。处理设备16可包括中央处理单元(CPU)和输入/输出(I/O)接口，处理设备16可通过输入/输出接口接收多个输入信号，例如包括由贴片电极38和传感器32生成的信号，并生成多个输出信号，例如包括用于控制例如显示装置44和开关40和/或为它们提供数据的输出信号。处理设备16可被配置为利用合适的编程指令或代码(即，软件)实现多种功能，例如上文和下文中更为详细描述的那些功能。因而，处理设备16可用计算机存储介质上编码的一个或多个计算机程序进行编程，用于实现本文所述的功能。
除了称为“腹部贴片”的贴片电极38B以外，贴片电极38用于生成电信号，例如用于确定导管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，并用于在身体18内产生特定轴线电场。例如，在一个实施例中，贴片电极38X1、38X2可沿第一(x)轴布置。贴片电极38Y1、38Y2可沿第二(y)轴布置，并且贴片电极38Z1、38Z2可沿第三(z)轴布置。每个贴片电极38都可耦合至多路复用开关40。在该实施例中，处理设备16通过合适的软件被配置为向开关40提供控制信号，从而顺序地将电极38的对耦合至信号发生器42。对电极38的每对的激励在身体18内和诸如心脏20的感兴趣区域内生成电场。为腹部贴片38B提供参考的未激励电极38处的电压水平被滤波和转换并提供至处理设备16以用作参考值。
在该实施例中，导管12的传感器32电耦合至处理设备16，并被配置为实现位置感测功能。更具体地，传感器32布置在通过激励贴片电极38而在身体18内(例如，心脏内)产生的电场内。仅仅为清楚和说明起见，下面的描述将限于一个实施例，其中单个传感器32被置于电场内。然而，应当理解的是，在仍处于本发明的精神和范围之内的其它实施例中，多个传感器32可以置于电场内并且随后可以利用下述技术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经受的电压取决于贴片电极38之间的方位和传感器32相对于组织的位置。在传感器32和贴片电极38之间所进行的电压测量值比较可用于确定传感器32相对于组织的方位。因而，随着导管12围绕或沿着特定感兴趣区域或表面扫描，处理设备16接收来自传感器32的信号(方位信息)，其反映了传感器32上和来自于未激励贴片电极38的电压水平变化。利用各种已知的算法，处理设备16随后可确定传感器32的方位(位置和方向)并将该方位作为方位数据点46(本文也称为“数据点46”，且如图3中所示)记录在与处理设备16相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内，方位数据点46对应于传感器32的方位以及因此在正被建模的感兴趣结构的表面上或者在感兴趣结构内的点。在一些实施例中，在记录方位作为方位数据点之前，处理设备16可利用已知或此后开发的技术对由处理设备16接收的信号所表示的原始方位数据进行校正，以考虑呼吸、心脏活动和其它伪迹。此外，导管12的其他部分的方位可以从传感器32处的测量值诸如通过插值或外推来推断以生成另外的方位数据点46。无论如何，随时间采集的方位数据点的集合46(461，462，……，46n)引起存储在存储器或存储装置中的点云48(最佳示于图3中)的形成。
虽然到目前为止上面的描述基本上是关于贴片电极38的正交布置，但本公开并不意味着限制于此。而在其它实施例中，非正交布置可用于确定传感器32的方位坐标。例如，一般而言，图4A-4D描绘了设置于坐标系50内的多个示例性非正交偶极子D0、D1、D2和D3。在图4A-4D中，X轴贴片电极标示为XA和XB，Y轴贴片电极标示为YA和YB，而Z轴贴片电极标示为ZA和ZB。对于任一期望轴，由预定集合的驱动(源汇)配置引起的、在诸如传感器32的心内传感器两端所测得的电位可用代数方法进行组合，以产生与仅通过沿正交轴驱动均匀电流而获得的电位相同的有效电位。贴片电极38X1、38X2、38Y1、38Y2、38Z1和38Z2(参见图2)中的任意两个可被选定为相对于例如腹部贴片38B的接地参考的偶极子源和漏，同时未激励贴片电极测量相对于接地参考的电压。置于心脏20内的传感器32还暴露于电流脉冲的场中并被相对于地(例如腹部贴片38B)进行测量。
在另一示例性实施例中，多个贴片电极38可以沿着公共轴线性地布置。在这种实施例中，对包括贴片电极38之一和安装在导管12上的电极的电极对的激励生成电场。非激励贴片电极38之后可以测量能够用于确定传感器32的位置的电位。因此，在这种实施例中，对包括不同的贴片电极38和导管安装的电极的多个电极对的激励可以用于确定传感器32的位置。
来自每个贴片电极38和传感器32的数据集全部用于确定心脏20内传感器32的方位。在进行电压测量之后，用电流源激励不同的贴片电极38的对并进行其余贴片电极38和传感器32的电压测量过程。一旦确定了传感器32的方位，如上所述，可以上述相同的方式记录该方位作为数据点46。在一些实施例中，在记录方位作为方位数据点之前，处理设备16可利用已知或此后开发的技术对由处理设备16接收的信号所表示的原始方位数据进行校正，以考虑呼吸、心脏活动和其它伪迹。因此，应当理解的是，许多技术都可用于确定传感器32的方位，并从而采集与之对应的数据点，每种技术都仍处于本发明的精神和范围之内。
图3示出与正在建模的特定感兴趣结构相对应的包括方位数据点461，462，……，46n的点云48。应当理解，实际上，点云48通常包括几百至几十万的数据点46。然而，为了示出和容易说明起见，以下描述将限于具有有限数量的方位数据点的点云，例如，包括方位数据点46的点云48。可以进一步理解，可以采集与感兴趣结构的不同区域相对应的方位数据点46。在这种实施例中，处理设备16可以被配置为对与从其采集数据点的感兴趣结构的区域相对应的数据点46进行分组。这样，如果存在感兴趣结构的两个区域，则与第一区域相对应的所有方位数据点将被分组在一起并形成第一点云，而与第二区域相对应的所有数据点将同样被分组在一起并形成第二点云。
图5是用于生成贴片表面模型的方法500的流程图。在一些实施例中，例如，使用上述处理设备16来执行方法500。方法500包括获取(502)多个方位数据点，诸如方位数据点46(在图3中示出)。可以例如使用上述系统和方法来获取(502)方位数据点。
基于方位数据点来生成(504)参考表面。具体地，生成最佳地近似由方位数据点形成的点云的参考表面。在一些实施例中，根据点云的整体形状，参考表面是平面或球面。可替换地，参考表面可以是能使得方法500如本文所述起作用的任何几何形状。在一个实施例中，最初选择最佳地拟合点云的球面。如果所选择球面的半径过大(例如，大于200毫米(mm))而使得将其再分(如下所述)不太实际(例如，因为其需要如此多的顶点和三角形以得到足够小的三角形尺寸以显示几何结构并以足够的细节标测)，则替代地，点云最佳地拟合平面。
将参考表面再分(506)成多个三角形。在一个实施例中，将参考表面再分(506)成等边三角形，每个等边三角形具有三个顶点。等边三角形的尺寸可以通过用户操作例如用户输入装置53(在图1中示出)来指定。较小的等边三角形将产生更多的顶点，而较大的等边三角形将产生较少的顶点。
当参考表面是平面时，将平面分割成多个等边三角形是相对简单的。当参考表面是球面时，球面可以被抽取成二十面体(即，具有二十个面的多面体)。二十面体的每个面是具有三个顶点的等边三角形。此外，每个面可以被递归地分割成较小的三角形直到三角形达到预定尺寸。图6A示出针对点云48(在图3中示出)生成的再分后的平面形参考表面602，以及图6B示出针对点云48生成的再分后的球面形参考表面604。
在参考表面的三角形被标识的情况下，在该实施例中，将点云中的每个方位数据点投射(508)到参考表面上的最近的点上。可替换地，在一些实施例中，仅方位数据点的子集(即，少于全部)被投射到参考表面上的最近的点上。这改善了方法500的实时性能。例如，在一个实施例中，投射预定数量的方位数据点(例如，800个点)。为了确定这些点，几何结构的整个3D空间可以被分成多个仓(例如，体素)，并且原始方位数据点中的每一个与它们所在的仓相关联。包括方位数据点的仓的数量N被计数。如果N小于预定数量的一半(例如，少于400个点)，则使得仓较小。如果N大于极限，则使得仓较大。之后，从每个仓中选择一个随机方位数据点，并且将所选择的点投射到参考表面上。这与在整个3D空间中随机选择800个点的情况相比提供更均匀的分布。
在投射(508)之后，计算薄板样条函数(510)以将所投射的方位数据点变回至原始方位数据点。薄板样条函数可以是例如针对参考表面上的每个顶点指定高度值的高度函数。该函数被应用至参考表面以生成贴片表面模型。图7A示出从平面形参考表面602(图6A中示出)生成的贴片表面模型702，以及图7B示出从球面形参考表面604(图6B中示出)生成的贴片表面模型704。在该实施例中，使用薄板样条函数。可替换地，可以利用任何合适的数学函数从参考表面生成贴片表面模型。
在一个实施例中，薄板样条函数是三维径向基函数，其中，所投射的方位点和原始方位点被用作基准对。计算薄板样条函数以最佳地将所投射的点变至原始方位点上，并且在参考表面的每个顶点处评价该转换以生成贴片表面模型。
为了生成最终的贴片表面模型，确定(512)边界。可以使用各种技术来确定(512)边界。例如，当参考表面是平面或球面时，可以通过包括包含所投射的方位数据点的任何三角形来确定(512)边界。在另一示例中，当参考表面是平面或球面时，定义包括所有投射的方位数据点的边界框，并且从边界框的棱边腐蚀掉三角形，条件是包含所投射的方位数据点的三角形不能被腐蚀并且腐蚀不能形成60°角(即，凸出或凹进的孤立的三角形)。这些条件便于确定(512)相对平滑的边界。可替换地，任何合适的腐蚀算法都可以用于确定(512)边界。
在另一示例中，当参考表面是平面时，可以通过以下来确定(512)边界：生成与等边三角形的棱边平行的线(这将生成在六个不同方向的线)并将边界确定(512)为由包括所有的投射方位数据点的这种线形成的最小六边形。
在另一示例中，通过以下来确定(512)边界：围绕参考表面的外边界，并针对每个外边界顶点，找到最近的原始方位数据点。如果针对两个连续的外边界顶点的最近的原始方位数据点不同，则将它们连接以形成棱边。一旦整个外边界已被分级，则将棱边(其形成单一闭曲线)投射在贴片表面模型上，并且修减掉单一闭曲线外部的所有三角形和部分三角形。该方法相对稳健，但是当表面包含空腔或不相交组件时可能失败。
在另一示例中，使用与“滚球”(参见例如，Bernardini,F.等，1999,“The ball-pivoting algorithm for surface reconstruction”,IEEE Transactions onVisualization and Computer Graphics 5(4):349-359)类似的方法来确定(512)表面边界。在该示例中，从已知的外部方位数据点开始，与数据点正切地创建圆柱体，该圆柱体具有预定半径以及与贴片表面模型正交(或与外部点和外边界之间的矢量或两个矢量的一些线性组合等正交)的轴。半径决定边界确定如何粗糙或精细。圆柱体之后围绕表面在逆时针方向上“滚动”，将所接触的每个连续方位数据点投射到表面上并使得它成为修剪后的边界闭曲线的一部分，与之前的示例类似。该方法可以处理空腔和多个组件，但是不如之前的示例稳健，并且在表面不平滑的情况下(导致法向矢量变化太快)可能失败。
在另一示例中，用户可以指定预定“边界距离”以保持围绕修剪后的贴片几何表面。“边界距离”可以例如使用在图形用户界面(GUI)上显示的滑块来调节。在默认情况下，以上程序没有留出围绕原始方位数据点的边界(即，零距离)。但是边界棱边列表中的每个点可以在其相邻棱边的平均法线的方向上简单地沿着贴片几何表面向外移动用户指定的边界距离。所移动的点之后可以用作用于修剪后的新的边界棱边列表。尤其是，三角形的原始“参考表面”应当足够大从而以至少边界距离包含原始方位数据点。该技术可以与这里描述的表面边界确定方法中的任一个结合使用。
一旦确定(512)了边界，即完成了最终的贴片表面模型。最终的贴片表面模型可以例如在显示装置44(图1中示出)上显示。如本领域技术人员可以理解的，诊断标志点标测图(即，针对给定特性以不同颜色示出不同标量值的标测图)、卷尺、标签、损伤、切口和/或其他标记可以放置并呈现在最终的贴片表面模型上。当然，因为最终的贴片表面模型不必须是封闭的，一些对象物(例如，标记和切口)可能需要被相应地修改。
在一些实施例中，最终的贴片表面模型的“平滑度”可以被选择性地调节。具体地，用户可以调节平滑系数(例如，通过操纵在显示装置44上显示的滑块)。针对最大平滑系数，所计算的薄板样条函数将在没有任何弯曲或扭曲的情况下生成参考表面。相反，针对最小平滑系数，所计算的薄板样条函数将生成通过所有方位数据点的贴片表面模型，其可能产生相对尖锐的、锯齿状的贴片表面模型。为了示出的目的，图7B示出利用所选择的相对低的平滑系数生成的贴片表面模型704，以及图8示出利用所选择的相对高的平度系数生成的贴片表面模型802。如图7B和8所示，与贴片表面模型802相比，表面特征被更多地在贴片表面模型704上定义。此外，如图7B和8所示，贴片表面模型704和802是开放的表面模型。在其他实施例中，所生成的贴片表面模型可以是闭曲面。
应该理解，模型构造系统14，以及特别地处理设备16，如上所述，可以包括本领域已知的常规的处理设备，其能够执行存储在关联存储器中的预编程指令，这些预编程指令全部根据本文描述的功能执行。可以预期，本文描述的方法(包括但不限于本发明的实施例的方法步骤)将在一些实施例中被编程，所产生的软件被存储在关联存储器中，并且在如此描述的情况下，还可以构成用于执行这些方法的手段。考虑上述实现的描述，本发明在软件中的实施将仅需要本领域普通技术人员的编程技能的例行应用。这种系统还可以是具有ROM、RAM、非易失性和易失性(可修改的)存储器的组合的类型，以使得软件可以被存储并且还允许动态产生的数据和/或信号的存储和处理。
虽然上面已经以一定程度的特殊性描述了本公开的特定实施例，但是本领域技术人员可以在不背离本发明的精神或范围的情况下对所披露的实施例做出许多修改。所有的方向性参考(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶、底、之上、之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)都仅用于标识目的以帮助读者理解本公开，并不产生限制，特别是对于本公开的位置、方向或用途不产生限制。连接参考(例如，附接、耦合、连接等等)应当被广义地解释并且可包括元件连接之间的中间构件以及元件之间的相对运动。因而，连接参考不必意味着两个元件直接连接并且相对于彼此固定。上面描述中所包含或附图中所示的所有内容都应旨在解释为仅仅是示意性的而非限制性的。可以在不背离由所附的权利要求书所限定的本公开的精神的情况下做出细节或结构的改变。
当引入本公开或其优选实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意于指存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意在是包括在内的并且意味着可以存在除所列出的元件以外的另外的元件。
因为可以在不背离本公开的范围的情况下在以上构造中作出各种改变，因而在以上描述中包含或在附图中示出的所有内容都应当被解释为示意性的而不是限制性的含义。

Claims (15)

1.一种用于生成心脏的贴片表面模型的系统，所述系统包括：
基于计算机的模型构造系统，其被配置为耦合至包括远端的导管，所述远端被配置为导航通过静脉并进入患者的心脏，所述导管包括传感器，所述传感器被配置为接触所述心脏的表面并且确定与所述心脏的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点，所述基于计算机的模型构造系统进一步被配置为：
接收所述一组原始方位数据点；
基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面；
将所述参考表面再分成多个等边三角形；
将所述原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上；
计算将所投射的方位数据点变至所述原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数；
确定所述贴片表面模型的边界从而生成最终的贴片表面模型；以及
在显示系统上显示所述最终的贴片表面模型。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考表面是平面和球面中之一。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，为了计算函数，所述基于计算机的模型构造系统被配置为计算薄板样条函数。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，为了确定所述贴片表面模型的边界，所述基于计算机的模型构造系统被配置为：
针对所述贴片表面模型上的每个外边界顶点，确定最近的原始方位数据点；
绘制连续的最近的原始方位数据点之间的棱边以形成闭曲线；
将所述闭曲线投射到所述贴片表面模型上；以及
修剪掉所投射的闭曲线外部的三角形和部分三角形。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，为了确定所述贴片表面模型的边界，所述基于计算机的模型构造系统被配置为：
定义边界框；以及
从所述边界框的棱边腐蚀掉多个等边三角形的一部分。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，为了计算函数，所述基于计算机的模型构造系统被配置为计算生成作为开曲面模型的贴片表面模型的函数。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，为了计算函数，所述基于计算机的模型构造系统被配置为基于由用户选择的平滑系数来计算函数。
8.一种生成心脏的贴片表面模型的计算机实现的方法，所述方法包括：
生成利用包括传感器的导管确定的与所述心脏的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点，所述传感器被配置为接触所述心脏的表面；
接收所述一组原始方位数据点；
基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面；
将所述参考表面再分成多个等边三角形；
将所述原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上；
计算将所投射的方位数据点变至所述原始方位数据点以生成贴片表面模型的函数；
确定所述贴片表面模型的边界从而生成最终的贴片表面模型；以及
在显示系统上显示所述最终的贴片表面模型。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，生成参考表面包括生成平面和球面中之一。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述参考表面再分成多个三角形包括将所述参考表面再分成多个等边三角形。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述贴片表面模型的边界包括：
针对所述贴片表面模型上的每个外边界顶点，确定最近的原始方位数据点；
绘制连续的最近的原始方位数据点之间的棱边以形成闭曲线；
将所述闭曲线投射到所述贴片表面模型上；以及
修剪掉所投射的闭曲线外部的三角形和部分三角形。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述贴片表面模型的边界包括：
定义边界框；以及
从所述边界框的棱边腐蚀掉所述多个等边三角形的一部分。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述贴片表面模型的边界包括基于用户指定的边界距离来确定边界。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，计算函数包括基于由用户选择的平滑系数来计算。
15.一种用于生成心脏的贴片表面模型的处理设备，所述处理设备被配置为：
生成利用包括传感器的导管确定的与所述心脏的表面上的各个方位相对应的一组原始方位数据点，所述传感器被配置为接触所述心脏的表面；
接收与所述心脏的表面上的各个方位相对应的所述一组原始方位数据点；
基于所获取的原始方位数据点来生成参考表面；
将所述参考表面再分成多个等边三角形；
将所述原始方位数据点中的至少一些投射到再分后的参考表面上相应的最近的点上；
计算将所投射的方位数据点变至所述原始方位数据点以生成所述贴片表面模型的函数；
确定所述贴片表面模型的边界从而生成最终的贴片表面模型；以及
在显示系统上显示所述最终的贴片表面模型。
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