CN1251150C - 三维体积的半自动分割估算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医学成象三维物体体积的分割估算方法，在该方法中，先确定构成第一个三维形状的基点指定数，该三维形状由数个切割面限定，第一个形状的每个切割面由三个分割段限定，再将分割段等分，同时确定与物体外形相匹配的第二级点，以便构成比第一个形状更接近物体外形的第二个三维形状，又将每个分割段重复分成校准的小分割段，同时确定与物体外形相匹配的第三级点，以便构成比第二个形状更接近物体外形的第三个三维形状，然后，计算第三个三维形状的体积。

Description

三维体积的半自动分割估算法

技术领域

本发明涉及估算三维物体体积，尤其是医学成象三维物体体积的估算领域。

背景技术

在某些医学成象应用中，人们需要准确地了解三维体的体积，如人体器官或器官的一部分。

人们了解这样一些方法，它可根据不同的切面认识该物体的外形而接近物体的体积，然后利用连续斜度将切面之间的轨迹模型化。人们通过许多薄厚度的截锥形体积，将三维体模型化。不过该方法迫使操作人员画出物体的外形，这要求细致而又漫长的工作。

发明内容

本发明试图解决上述方法的问题，提出一种简便易行的方法，并可在很短时间内获得所希望的准确度。

根据本发明，该方法用于医学成象中三维体体积的估算测定，物体的外形是利用多个剖面板片而加以了解的。

该方法包括以下步骤：

-确定构成第一个三维形状的基点指定数，该三维形状由多个切割面限定，切割面的顶点是基点；

-第一个形状的每个切割面由三个分割段限定，而每个分割段共用两个邻接切割面，将分割段等分，构成适合物体外形的第二级点，以便构成比第一个形状更接近物体外形的第二个三维形状，建立第二级点致使建立两个新分割面和三个新分割段。

-将每个分割段重复分成校准的子分割段，该子分割段由确定适合物体外形的第三级点加以调整，以便构成比第二个形状更接近物体外形的第三个三维形状，第三级点的产生导致形成两个新切割面和三个新分割段，以及然后计算第三个三维形状的体积。

人们只需确定一些点，而不是确定外形，这样便于工作。

在本发明的实施方式中，沿平行切面割成板片。

在本发明的另一实施方式中，需加工成许多板片，来说明三维体积。

将每个分割段分成两份是有益处的。

在一种本发明的实施方式中，每第二级点的位置随第一个两个邻近第一级点的位置变，每个第二级点也可随两个第一级邻近点的标准方向而变。

在本发明的一种实施方式中，将分割段分成子分段，直至由于给予的划分所导致的体积变化可忽略不计。人们还可选择一种体积变化阈值，在该阈值以下，就停止对小分段的反复划分。该体积变化阈值与本方法所要求的精确度相对应。

在本发明的一种实施方式中，人们确定置于物体的上、下、前、后左、右侧的6个可利用的第二基点。

在计算物体评估体积之后，可进行物体空间密度分布的计算。

可手工改变三维形状的任何一点，比如为了使其适应物体的凹凸不平的无规律变化。对这些点进行不同加权以便更接近物体的真实外形。第一基点的改动致使所有邻点的相应变化。相反，第三种形状的一个第三点的变化不会改变第一和第二邻点，可稍微改变第三级邻点的位置。为了更加灵活，人们可以进行不同形状的改进，达到使其更加接近三维体真实的外形。

同样，为保持使用的高度灵活性，任何一点，其中包括第三级的点均可手工确定。

附图说明

通过对非限定实施方式的详细地描述和结合附图的说明，可更好地理解本发明及其它益处，图中为：

图1是本发明最后形状的直观透视图；

图2和图3是本发明方法的二维示意图；

图4和图5是本发明方法的三维示意图。

具体实施方式

正如人们在图1中可看到的，一种接近三维体的最终确定形状是由三个分割段所确定的多个切面构成的，例如分段1至3确定了三角平面4。这样，用许多三角形表面来近似图中未示出的三维物体，其顶点坐标是已知的。这样即可进行该形状的体积计算。

操作人员从确定物体的6个点开始，上点11，下点12，左侧点13，右侧点14，前点15，和在图1中看不到的后点。该第一形状粗略地确定三维体，该6个点的定位要准确，因为它们的确定关系到未来邻接点的确定。为了获得满意确定，将需要核查它们在物体不同切面上的定位。

在确定6个基本点之后，在现有的视线中增加了一种斜视，通过定向和定中心，可确定一些补充点。

那么人们可在垂直于基本体积的某一分割段上的交叉处确定补充点，法线的计算始于多个分割面和形成该分割段的点，以及所研究三维体的边缘。构成第二种形状的一定数量的第二组点可手工或自动确定。当由确定第二组点导致的体积变化低于阈值时，人们可继续进行点的自动确定，同时进行分割现有分割面，直至达到与所研究的三维体相当一致，同时构成了第三种形状。人们仍然可继续手工进行点的确定。

当确定最终体积时，人们可以修正一些点，这些点的确定不能令人满意地符合所研究三维体的不规则性，尤其是凹或凸。此时，属于小分割面的点按小分割面上的法线移动，法线的计算始于小分割面。

与改动过的点相邻接的点将同样被修正，为确保限定体积的规则性，这要考虑到上述点属于第一、第二，第三种形状。第一种形状的一个点位置变位将会导致所有邻接点位置的相应变位。第三形状的一个点的位置变位不会导致第一、第二形状邻接点位置的变位。

图2和图3以二维图解形式指出确定点的处理程序。从外形20开始，确定21至23第一基点，并可粗略地确定上述外形20。然后确定连接第一基点21到23的直线分割段24至26。尔后计算线段24-26的法线27-29。然后人们可以通过沿着法线27-29移动确定第二级点30-32，更精确地接近外形20。然后确定连接21-23，和30-32点的线段33-38，这样可手工，半自动，自动地重复上述步骤直至获得所希望的精确度。

图4和图5以三维图解指出点的确定程序。表示的是属于一个外形的两个分割面40和41。分割面40由基点42，43和44限定。分割面41由基点43，44和45限定。基点43和44是分割面40和41的其用点，并限定线段46。然后确定一个第二级点47，导致产生增补分割面48和49，增补分割线段50至52。

借助于本发明，人们拥有适用于x射线摄象使用方便的三维体积估算测定方法，因为人们只有少量的点需在三维体边缘上确定，易于控制，保证非常接近外形，操作迅速，因为几秒钟即可完成自动确定步骤，易于在物体外形上确定少量点范围内再重复。

Claims (13)

1.一种在从医学成像获得的图象中估计具有已知外形的三维物体体积的方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)在该物体的图像中限定构成该物体的第一个三维形状的一定数量的基点，该第一个三维形状由多个小分割面限定，该小分割面的角顶为该基点；

(b)由三个分割线段限定该第一个形状的每个小分割面，其中每个线段是两个邻近小分割面的共用线段；

(c)通过再分该线段来创建适合于该物体的外形的第二级点，以便构成比第一个形状更接近该物体外形的该物体的第二个三维形状，创建每个第二级点都导致创建两个新的小分割面和三个新的分割线段；

(d)通过迭代地将每个新线段分成子分割线段来限定适合于该物体的外形的第三级或更高级点，以便构成比该第二个三维形状更接近该物体外形的、该物体的第三个或者更多个三维形状，创建该第三级或者更高级点导致创建两个附加的新的小分割面和三个附加的新的分割线段；

(e)从该物体的图象计算该物体的第三个三维形状的体积；

(f)将该分割线段分割成另外的附加分割线段，直到由分割而导致的体积变化达到一个预设置的条件；以及

(g)刚一确定适合于该物体的外形的多个点中至少一个点的限定不对应于该物体中的不规则性，就通过移置该多个点中的至少一个点来修改该多个点中的至少一个点。

2.根据权利要求1的方法，其特征是，该物体的外形是从沿该物体的平行切面取的图象而得知的。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该图象包括提供该物体的三维外形描述的多个图象。

4.根据权利要求1或2的方法，其特征是，每个分割线段被一分为二。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该每个第二级点的位置是该第一的两个邻近小分割面的位置的函数。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征是，每个第二级点的位置是该第一的两个邻近小分割面的法线方向的函数。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征是，将该分割线段分成另外的附加子分割线段，直至由于给定分割所导致的体积变化是可忽略不计的。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征是，将该分割线段分成另外的附加子分割线段，直至由于给定分割所导致的每个另外迭代的体积变化达到根据操作员的期望的体积。

9.根据权利要求1或2的方法，其特征是，基点的给定数量是六。

10.根据权利要求1或2的方法，其特征是，用手工限定各点。

11.根据权利要求1或2的方法，其特征是，在该计算的体积中有一个变化，它定义一个门限，该迭代分割在低于该门限时停止。

12.根据权利要求1的方法，其特征是，每个分割线段或者子分割线段都被该分割线段或者子分割线段的垂线分割。

13.根据权利要求1或者2的方法，其特征是，计算该物体在空间中的分布密度。

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