[发明专利]来自单纯形网格的高质量的精确的曲面三角剖分

说明书

技术领域

本发明通常属于图像处理领域。更特别地，本发明涉及3D图像的改进分割，优选地涉及医学3D图像的改进分割。

背景技术

现在，借助于医学成像技术，例如计算机体层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)，可以无创地获得关于人体解剖学的信息。所获得的医学图像提供了许多信息，但如果没有进一步的图像处理这些信息可能是难以解释的。经常使用的图像处理方法由相关解剖学结构的分割(即划界)和随后的分割结构的三维可视化组成。

分割的结果可被视为形成在所述分割的感兴趣解剖学结构与其周围介质之间的边界的曲面。如图1a中所示的分割的球形对象的例子，这样的曲面通常由小的曲面单元的集合来表示，例如单纯形10或三角形11。这些表示通常被称为曲面网格。实际上，单纯形和三角形网格相互间可被视为“对偶”表示，例如参见HervéDelingette在Proceedings Conf.on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR’94)上所提出的“Simplex Meshes：a General Representationfor 3D Shape Reconstruction”。这样的分割结构的可视化则可以由前沿的曲面绘制技术实现。

根据来自例如基于三维主动对象(3DAO)的分割的预分割的病人图像数据，本申请处理三角形曲面网格的自动产生，即计算域的离散表示。尤其对于实体建模、计算流体力学(CFD)和计算固体力学(CSM)的应用来说，被分割对象的高质量和精确的曲面网格是获得精确的实体模型和CFD/CSM仿真结果的至关重要的先决条件。

对三维图像分割来说，过去的几年里已经提出了几种不同的三维主动对象(3DAO)。三维主动对象有时也被称为可变形模型，并且，J.Montagnat等人在“A Review Of Deformable Surfaces：topology，geometry and deformation”，Image and Vision Computing 19(2001)pp.1023-1040中公开了不同3DAO的实现、应用领域及其与曲面网格产生的关系的总体概况。例如，利用基于3D主动对象的分割方法可以将脉管分割。所公开的分割的结果是由单纯形表示的曲面。

US-A1-2002/0172406公开了另一个描述使用单纯形的3DAO原理的例子。US-A1-2002/0172406中所公开的基于3DAO的分割方法也导致了基于单纯形的3DAO的曲面网格。

然而，对许多应用而言，基于单纯形的曲面网格并不适合，而期望的是三角形化的曲面。例子是先前提到的实体建模和CFD/CSM应用，其中，三角形曲面网格通常是期望的输入之一。获得三角形化网格的一种可能是从分割对象的单纯形网格曲面的表示中提取曲面三角剖分。然而，当前的单纯形-三角形化曲面的转换方案的缺点是没有精确地保持分割对象的初始的形状(曲率)和体积(由单纯形所包围的)。为纠正这个不精确性而进行后期处理，其计算代价是昂贵的且并非总是鲁棒的(即可能失败)。因此，通常需要对后期处理的结果进行手动检查，这使得自动应用成为不可能。

总之，除了曲面位置、局部曲率和被分割几何结构的整体体积中的严重误差外，从分割对象(如3DAO)的单纯形曲面的表示中得到的前沿的曲面三角剖分还具有许多缺点。

上述的缺点产生了对将单纯形曲面表示转化成三角剖分表示的新方法或可替代方法的需求，这些方法没有曲面的位置和曲率的缺失，并且因此也没有改变由这个曲面所包围的体积。

因此，用于从3DAO的单纯形曲面进行曲面三角剖分的改进方法将是有利的，并且尤其是这种具有更好的灵活性、成本效率和/或精确性的方法将是有利的。

因此，本发明所解决的问题是提供从3DAO的单纯形曲面中得到的精确的曲面三角剖分，同时避免了曲面位置、局部曲率和被分割几何结构的整体体积中的严重误差。

发明内容