本發(fā)明整體涉及圖像標(biāo)測，并且具體地涉及三維圖像到二維圖像的標(biāo)測。

背景技術(shù)：

三維結(jié)構(gòu)在二維屏幕上的表示通常涉及在所呈現(xiàn)信息的質(zhì)量方面的縮減。該縮減在解剖結(jié)構(gòu)的情況下通常為顯著的，并且許多現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)解決了這種問題。

授予Gering等人的美國專利7,643,662(該專利的公開以引用方式并入本文)描述了用于訪問解剖表面的三維表示和使該解剖表面變平以便產(chǎn)生該解剖表面的二維表示的系統(tǒng)。

授予Roberts等人的美國專利8,611,989(該專利的公開以引用方式并入本文)描述了產(chǎn)生管腔結(jié)構(gòu)的一段的圖像的方法。該方法包括采集圖像體積數(shù)據(jù)以及基于厚度和該圖像體積數(shù)據(jù)再現(xiàn)平面板圖像。

授予Hobbs等人的美國專利申請2013/0088491(該專利申請的公開以引用方式并入本文)描述了可從三維(3D)網(wǎng)片通過機(jī)器或裝置產(chǎn)生的二維(2D)動畫，該機(jī)器或裝置對3D網(wǎng)片進(jìn)行拉平、紋理化和修改處理，這可導(dǎo)致3D網(wǎng)片的紋理扭曲。

授予Nair的美國專利申請2011/0142306(該專利申請的公開以引用方式并入本文)描述了：提供心臟的3D數(shù)據(jù)集并且通過將該心臟的彎曲表面拉平來產(chǎn)生該3D數(shù)據(jù)集的彎曲表面的2D表示。

以引用方式并入本專利申請的文獻(xiàn)將視為本專利申請的整體部分，但不包括在這些并入的文獻(xiàn)中以與本說明書中明確或隱含地給出的定義相沖突的方式定義的任何術(shù)語，而只應(yīng)考慮本說明書中的定義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方案提供用于對在三維(3D)空間中包含體積的3D表面進(jìn)行標(biāo)測的方法，所述方法包括：

采集表示3D表面的3D頂點的組；

在3D空間中限定切割該體積的第一平面和平行于該第一平面且在該體積外部的第二平面，從而將3D頂點劃分為未在第一平面和第二平面之間的第一組頂點和位于3D空間中的第一平面和第二平面之間的第二組頂點；

將第一組中的頂點投射到第一平面上，以便在第一平面中產(chǎn)生第一投射點；

將第二組中的頂點投射到第一平面上同時通過響應(yīng)于第二頂點距第一平面的相應(yīng)距離的相應(yīng)平移沿平行于第二平面的相應(yīng)方向使第二組中的頂點平移，從而在該第一平面中產(chǎn)生第二投射點；以及

將該第一投射點和第二投射點一起作為3D表面的二維(2D)表示顯示在屏幕上。

通常，該方法包括將第一組中的頂點以正交于該第一平面的方式投射到第一平面上。另選地或除此之外，該方法包括將第二組中的頂點以正交于該第一平面的方式投射到第一平面上。

在公開的實施方案中，相應(yīng)的平移與相應(yīng)的距離成正比。

在另一個實施方案中，相應(yīng)的平移響應(yīng)于平行于第一平面而測量的距第二平面中的預(yù)定點的距離。通常，給定頂點的相應(yīng)平移中的每個平移與給定點距預(yù)定點的距離成正比。

在另選的實施方案中，3D表面包括心臟腔室的表面。

在另一另選的實施方案中，3D表面包括導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)尖端的3D表面。該3D表面可為遠(yuǎn)側(cè)尖端的溫度分布標(biāo)測圖。

還在另一個公開的實施方案中，顯示該第一投射點和第二投射點包括形成2D表面(該2D表面包括點)。

通常，該3D表面包括對稱軸，并且該2D表示具有與該對稱軸相關(guān)的對稱性。

在實施方案中，該3D表面不具有對稱性。

根據(jù)本發(fā)明的實施方案還提供了用于對在三維(3D)空間中包含體積的3D表面進(jìn)行標(biāo)測的設(shè)備，該設(shè)備包括：

屏幕，該屏幕被配置成顯示3D表面的二維(2D)表示；和

處理器，該處理器被配置用于：

采集表示3D表面的3D頂點的組；

在3D空間中限定切割該體積的第一平面和平行于該第一平面且在該體積外部的第二平面，從而將3D頂點劃分為未在第一平面和第二平面之間的第一組頂點和位于3D空間中的第一平面和第二平面之間的第二組頂點；

將第一組中的頂點投射到第一平面上，以便在第一平面中產(chǎn)生第一投射點；

將第二組中的頂點投射到第一平面上同時通過響應(yīng)于第二頂點距第一平面的相應(yīng)距離的相應(yīng)平移沿平行于第二平面的相應(yīng)方向使第二組中的頂點平移，從而在該第一平面中產(chǎn)生第二投射點；以及

將該第一投射點和第二投射點傳送到屏幕上。

結(jié)合附圖，通過以下對本發(fā)明實施方案的詳細(xì)說明，將更全面地理解本發(fā)明，其中：

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的圖像操縱系統(tǒng)的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的執(zhí)行操縱三維(3D)表面的展示的步驟的流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的3D網(wǎng)片的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施方案繪制在參照系上的兩個平面和四個頂點的圖；

圖5根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出了圖2的流程圖的步驟之后的圖3的3D網(wǎng)片；并且

圖6根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出了已經(jīng)執(zhí)行了圖2的流程圖的所有步驟之后在屏幕上的結(jié)果顯示。

具體實施方式

概述

在醫(yī)療程序期間，通常存在需要呈現(xiàn)給操作醫(yī)師的大量信息，目的在于使該醫(yī)師有效地進(jìn)行醫(yī)療程序。然而，具體地在患者身體的器官的三維(3D)表示的情況下，或者在實體的3D標(biāo)測圖(例如溫度分布)的情況下，難以將該3D圖像有效地呈現(xiàn)在二維(2D)屏幕上。

本發(fā)明的實施方案提供可用于克服該困難的3D表面的展示。采集表示在3D空間中包含體積的3D表面的頂點的組。限定兩個平行表面：切割該體積的第一平面和該體積外部的第二平面。該兩個平面將3D頂點劃分到未在該兩個平面之間的第一組頂點和位于該兩個平面之間的第二組頂點。

該第一組中的頂點通常正交地投射到第一平面上，因此生成第一組投射點。

該第二組中的頂點經(jīng)歷兩個轉(zhuǎn)換：平移和投射。該投射通常為正交地投射到第一平面上。該平移平行于表面，并且對于給定頂點，平移的量對應(yīng)于頂點的距離，并且通常直接與該距離成正比。

該第一投射點和第二投射點作為3D表面的2D表示顯示在屏幕上。

系統(tǒng)描述

現(xiàn)在參考圖1，其為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的圖像操縱系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)20通常用于受試對象30的身體器官上的醫(yī)療程序期間，并且在本文的描述中該身體器官以舉例的方式被假設(shè)為包括心臟22，其中該系統(tǒng)被施加用于觀察源于心臟測量的三維(3D)圖像。然而，應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)20可施加用于觀察其他3D圖像，包括除身體器官之外的實體的3D圖像。

系統(tǒng)20可由系統(tǒng)處理器40控制，所述系統(tǒng)處理器包括與心電圖(ECG)模塊44、探頭跟蹤模塊46以及溫度模塊48連通的處理單元42。模塊44,46和48的功能如下所述。處理器40可被安裝在控制臺50上，該控制臺包括操作控制裝置52，該操作控制裝置通常包括指向設(shè)備(諸如鼠標(biāo)或軌跡球)。處理器32利用操作控制裝置與處理器交互，該處理器如下文所述可用于將系統(tǒng)20產(chǎn)生的結(jié)果呈現(xiàn)在屏幕54上以呈現(xiàn)給專業(yè)人員。

處理器40使用存儲在所述處理器的存儲器中的軟件來操作系統(tǒng)20。例如，該軟件可以電子形式通過網(wǎng)絡(luò)下載到處理器40，或者另選地或除此之外，該軟件可被提供和/或存儲在非臨時性有形介質(zhì)(例如，磁存儲器、光學(xué)存儲器，或電子存儲器)上。

為了在心臟22上執(zhí)行程序，專業(yè)人員32將導(dǎo)管24(在本文中還稱為探頭)插入到心臟內(nèi)。為了跟蹤探頭24的3D位置，該探頭包括安裝到該探頭的遠(yuǎn)側(cè)尖端26內(nèi)的傳感器28。傳感器28(通常一個或多個線圈)生成響應(yīng)于通過該傳感器的磁場的信號。該信號通常通過探頭24被傳送至處理單元42，該處理單元利用探頭跟蹤模塊46來分析信號，以便確定探頭遠(yuǎn)側(cè)尖端的3D位置和3D取向。由Biosense Webster,Diamond Bar,CA生產(chǎn)的系統(tǒng)使用類似于本文所述的跟蹤系統(tǒng)來跟蹤插入到受檢者體內(nèi)的探針的遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向。

遠(yuǎn)側(cè)尖端26通常包括電極34，該電極采集與電極接觸的心臟22的節(jié)段的電極電位。該電極電位通常通過探頭24被傳送至處理單元42，該處理單元利用ECG模塊46來分析信號。該分析通常包括產(chǎn)生電極電位相對于時間的圖，以及確定電極接觸的心臟的節(jié)段的局部激活時間(LAT)。

遠(yuǎn)側(cè)尖端26還可具有通常包括熱電偶的一個或多個溫度傳感器49。傳感器49產(chǎn)生被傳送至處理單元42的信號，并且該處理單元利用溫度模塊48確定通過傳感器測量的溫度。

處理器40通常包括除了上文涉及的模塊之外的模塊，例如測量遠(yuǎn)側(cè)端部26上的力的力模塊，和將規(guī)定功率提供給電極28的消融模塊，或者遠(yuǎn)側(cè)端部中的另一個電極。為簡明起見，圖1未示出此類模塊。上文涉及的系統(tǒng)利用此類模塊。

屏幕54顯示由處理器40產(chǎn)生的結(jié)果。通常，來自ECG模塊44的合成信號以一個或多個電勢相對于時間的圖的形式呈現(xiàn)在屏幕54上，并且這種圖的示例性實施例60示出于圖1中。然而，合成的ECG信號還可被處理器40用于導(dǎo)出與該ECG信號相關(guān)聯(lián)的其他結(jié)果，例如上文涉及的LAT。來自探頭跟蹤模塊46的結(jié)果可以心臟22內(nèi)表面的三維標(biāo)測圖64的形式呈現(xiàn)在屏幕54上，并且還在該探頭跟蹤模塊在心臟中移動時合并遠(yuǎn)側(cè)尖端26的位置，這種標(biāo)測圖還可合并其他值，例如遠(yuǎn)側(cè)尖端位置處的LAT值。

來自溫度模塊48的結(jié)果還可以遠(yuǎn)側(cè)尖端26周圍測量的內(nèi)表面的溫度分布的三維標(biāo)測圖66的形式呈現(xiàn)在屏幕54上。

標(biāo)測圖(例如標(biāo)測圖64和標(biāo)測圖66)為呈現(xiàn)在屏幕54的二維(2D)表面上的三維表面的標(biāo)測圖。通常存在合并到兩個標(biāo)測圖內(nèi)的大量的信息，并且這種信息變得更難以理解，原因在于(尤其在于)從標(biāo)測圖的真實三維表示降為二維表面。本發(fā)明的實施方案為專業(yè)人員32提供方法，該方法用于操縱標(biāo)測圖(例如標(biāo)測圖64或標(biāo)測圖66)在屏幕54上的展示，以便改進(jìn)對標(biāo)測圖所選特征的理解。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的由處理器40執(zhí)行的操縱三維(3D)表面的展示的步驟的流程圖。在下述的具體實施方式中，以舉例的方式，該流程圖的步驟被描述為假設(shè)處理器40操作在源于標(biāo)測圖66的3D網(wǎng)片上。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的源于標(biāo)測圖66的3D網(wǎng)片100的示意圖。網(wǎng)片100為穹頂形的，具有對稱軸101，并且包括多個頂點102。頂點和網(wǎng)片為在3D空間中包含體積的表面的部分。

在流程圖的初始步驟150中，處理器40以任何便利的方法采集形成在xyz參照系108上的頂點的三維值。例如，由于網(wǎng)片100對應(yīng)于遠(yuǎn)側(cè)尖端26，所以處理器可生成來自遠(yuǎn)側(cè)尖端幾何結(jié)構(gòu)的頂點的3D值。為了產(chǎn)生網(wǎng)片，處理器40利用本領(lǐng)域內(nèi)已知的連接方法通過線片段連接頂點102。處理器40通常從3D網(wǎng)片100通過利用平滑連接該線片段的3D表面覆蓋該網(wǎng)片來產(chǎn)生三維標(biāo)測圖，之后處于不同顏色形式的溫度被合并到3D表面內(nèi)以產(chǎn)生標(biāo)測圖66。然而，為方便起見，流程圖的下述描述假設(shè)處理器操作于網(wǎng)片100上。

在平面限定步驟152中，專業(yè)人員32利用控制裝置52限定兩個平行的平面104,106以用于劃分網(wǎng)片100。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出了繪制在參照系108上的網(wǎng)片100的平面和四個頂點102(稱為102C、102D、102P和102L)的圖。方便起見，在本文的具體實施方式中，頂點102C、102D、102P和102L被假設(shè)為具有相應(yīng)坐標(biāo)(x_C,y_C,z_C)、(x_D,y_D,z_D)、(x_P,y_P,z_P)和(x_L,y_L,z_L)，該兩個平面被假設(shè)為水平的xz平面，該xz平面正交于y軸線，該y軸線被假設(shè)為豎直地。然而，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員在y軸線不是豎直的情況下將能夠調(diào)整具體實施方式，使得兩個xz平面在正交于y軸線時不是水平的。

此外，還可進(jìn)行如下假設(shè)：

參照系108的原點被選擇成使得網(wǎng)片100的所有頂點具有x,z,≥0，并且存在至少一個頂點為y>0和至少一個頂點為y<0。

平面104穿過原點。在這種情況下，平面104具有由公式(1)給定的公式，該公式(1)為：

y＝0 (1)

平面106具有由公式(2)給定的公式，該公式(2)為：

y＝y(tǒng)_B (2)

其中y_B為小于頂點102的最大負(fù)y值的負(fù)值。頂點102L被假設(shè)為網(wǎng)片100的具有最大負(fù)值的頂點。

平面106包括點B，該點具有坐標(biāo)(x_B,y_B,z_B)。以舉例的方式，平面106在圖4中被繪制為將點B作為其中心的有界平面，但是整體上點B可為平面106上的任何點。在一些實施方案中，有界平面在正y方向的豎直投射限定矩形平行六面體，該矩形平行六面體充當(dāng)包含網(wǎng)片100中的所有的有界框。

應(yīng)當(dāng)理解，利用上述的假設(shè)不影響所產(chǎn)生的結(jié)果的普遍性，并且對于繪制在任何參照系上的頂點集合而言本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠調(diào)整本文的具體實施方式以必要的變更。

如圖4所示，平面104和106將頂點102劃分為兩個區(qū)域：包括未位于兩個平面之間的第一組頂點102的上部區(qū)域和包括位于兩個平面之間的第二組頂點102的下部區(qū)域。

從公式(1)和公式(2)，兩個平面之間的距離為y_B。在下述的具體實施方式中，平面104還稱為上平面，并且平面106還稱為下平面。應(yīng)當(dāng)理解，上平面將網(wǎng)片100分成兩個區(qū)域，在該平面之上的上部區(qū)域(其中y>0)，和在該平面之下的下部區(qū)域(其中y<0)。頂點102B和102C為上部區(qū)域中的泛型頂點；頂點102P為下部區(qū)域中的泛型頂點；并且頂點102L為下部區(qū)域中的最低頂點。

在第一投射步驟154中，處理器40豎直地投射上部區(qū)域中的每個頂點102，即正交于平面并且平行于y軸線，使得投射的點位于上平面上。因此頂點102C(x_C,y_C,z_C)和頂點102D(x_D,y_D,z_D)分別如虛線箭頭110和112所示那樣投射到點(x_C,0,z_C)和(x_D,0,z_D)。

相比于上部區(qū)域中的頂點(該上部區(qū)域中的頂點經(jīng)受單一轉(zhuǎn)換)，下部區(qū)域中的頂點經(jīng)受兩個轉(zhuǎn)換，水平平移和豎直投射。轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)在下文結(jié)合步驟154和156進(jìn)行描述。

在平移步驟156中，處理器40水平地(即，平行于平面)平移下部區(qū)域中的頂點中的每一個。對于給定頂點，平移直接與頂點距上平面的距離成正比并且與距頂點B的水平距離成正比。平移的方向?qū)?yīng)于初始頂點從豎直線穿過點B的方向。

具有坐標(biāo)(x_P,y_P,z_P)的泛型頂點102P距下平面的距離可根據(jù)如下的公式(3)進(jìn)行歸一化：

其中F為從泛型頂點到下平面的歸一化距離，并且0≤F≤1。

因此，如果泛型頂點位于下平面上，那么F＝0，并且如果頂點位于上平面上(對于下部區(qū)域中的泛型頂點而言這為可能的最高位置)，那么y_P＝0并且F＝1。

應(yīng)當(dāng)理解，表達(dá)式(1–F)給定下部區(qū)域中的泛型頂點至上平面的歸一化距離。

泛型頂點(x_P,y_P,z_P)的水平平移的一般方程由公式(4)給定：

其中(x_G,y_G,z_G)為頂點(x_P,y_P,z_P)所平移到的坐標(biāo)，

F為由公式(3)給定的歸一化距離，

和

S為對應(yīng)于縮放比例常數(shù)的縮放因子。

S可為大于1的任何數(shù)。S值得典型范圍為2至100之間，并且在一個實施方案中S＝10。檢查公式(4)，應(yīng)當(dāng)理解，任何給定頂點沿xz平面的平移為S和F兩者的函數(shù)。

在步驟156中，S可通常由專業(yè)人員32利用控制臺52選擇。

虛線箭頭116示出了泛型頂點(x_P,y_P,z_P)至(x_G,y_G,z_G)的水平平移。

在第二投射步驟158中，處理器40將步驟156中產(chǎn)生的平移頂點豎直向上投射，即平行于y軸線投射，以使得投射的點位于上平面上。虛線箭頭118示出了豎直投射。因此，從公式(4)，平移的和投射的泛型頂點(x_P,y_P,z_P)的最終坐標(biāo)(x_F,y_F,z_F)由如下的公式(5)給定：

在最終顯示步驟160，一旦已經(jīng)實施了上述的平移和投射，已經(jīng)投射到上平面上的頂點的2D結(jié)果顯示在屏幕54上，其中所得網(wǎng)片的y軸線正交于屏幕54。

應(yīng)當(dāng)理解，圖3的流程圖的投射和平移順序為舉例的方式，并且其他順序?qū)Ρ绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見。所有此類順序(包括按需要對步驟的具體實施方式的改變)被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，平移步驟156可在實施第一投射步驟154或者實施第二投射步驟158之前來實施。

圖5根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出了已經(jīng)在網(wǎng)片上執(zhí)行了平移步驟156之后并且在執(zhí)行投射步驟154和158之前的網(wǎng)片100。在圖5中，點B被假設(shè)為如下情況：網(wǎng)片100的對稱軸101與平面106相交，并且縮放系數(shù)S值為2。應(yīng)當(dāng)理解，通過檢查公式(4)，更小值S使下部區(qū)域中產(chǎn)生的錐形節(jié)段的基部“縮窄”。

圖6根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出了顯示步驟160，即在已經(jīng)執(zhí)行了圖2的流程圖的平移和投射步驟之后，在屏幕54上的結(jié)果顯示。S在這種情況下為4。盡管為清楚起見在圖6中顯示了平面104和106，但是它們通常在屏幕54的顯示中未示出。

圖6中所示的結(jié)果顯示為對稱的2D顯示，并且應(yīng)當(dāng)理解該對稱性為3D網(wǎng)片100(圖3)的初始對稱性，以及選擇3D網(wǎng)片(圖5)的對稱軸上的點B的結(jié)果。然而，應(yīng)當(dāng)理解，如果初始網(wǎng)片不具有對稱性，例如在網(wǎng)片為心臟腔室的表面的情況下，那么所顯示的最終2D結(jié)果也不具有對稱性。甚至在初始網(wǎng)片不具有對稱性的情況下，最終2D結(jié)果可不具有對稱性。例如，如果在圖5中點B被選為未在對稱軸上，那么最終結(jié)果為非對稱的2D顯示。

方便起見，上述的具體實施方式已假設(shè)通常在源于包封體積的表面的多個頂點上執(zhí)行了轉(zhuǎn)換。頂點被配置到3D網(wǎng)片的形式，這可通過流程圖的步驟轉(zhuǎn)換到2D網(wǎng)片。應(yīng)當(dāng)理解，由轉(zhuǎn)換頂點形成的2D網(wǎng)片通常用作支架，并且支架處理器40構(gòu)建2D表面，該表面包括轉(zhuǎn)換頂點。

應(yīng)當(dāng)理解，所產(chǎn)生的2D表面可用于呈現(xiàn)3D標(biāo)測圖，例如示出了心臟22的內(nèi)表面的圖像64和示出了遠(yuǎn)側(cè)尖端26周圍的溫度分布的標(biāo)測圖66。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式可轉(zhuǎn)換為2D表面的其他3D標(biāo)測圖將對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見，并且所有此類標(biāo)測圖被假設(shè)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

因此應(yīng)當(dāng)理解，上述實施方案以舉例的方式引用，并且本發(fā)明并不限于上文具體示出和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括上述各種特征的組合和亞組合以及它們的變化形式和修改形式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀上述說明時將會想到所述變化形式和修改形式，并且所述變化形式和修改形式并未在現(xiàn)有技術(shù)中公開。