專利名稱：制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法及其裝置的制作方法
一般地說本發(fā)明涉及一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法及其裝置，更具體地說，涉及一種能夠通過應(yīng)用從超聲成像裝置獲得的圖像數(shù)據(jù)三維地制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法及其裝置。
為了不需要進(jìn)行手術(shù)就能夠可視地觀察人體內(nèi)部目標(biāo)，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)X射線斷層成像術(shù)(CT)、磁共振成像(MRI)、磁共振血管照相術(shù)(MRA)、正電子發(fā)射層析成像(PET)、超聲波檢查法等方法。通過對由上述技術(shù)中的一種技術(shù)所獲得的人體內(nèi)部目標(biāo)比如內(nèi)部器官或骨骼的圖像進(jìn)行解釋能夠診斷人類的疾病和觀測胎兒的成長。
美國專利US 5，741，215公開了一種應(yīng)用通過CT獲得的三維圖像制造假體的方法，該假體與骨的失去的、損壞的或殘廢的部分類似。依據(jù)常規(guī)的方法，通過綜合由CT獲得的一系列X射線斷層圖獲得三維圖像，并應(yīng)用生物相容的合成樹脂制造與骨的失去的、損壞的或殘廢的部分相一致的假體。該專利的發(fā)明的一個目的是制造裝配在失去的、損壞或殘廢的部分中的假體。
而同時，獲得胎兒的三維模型可以給孕婦和她的孩子在情感上帶來不同的好處。這就是說，當(dāng)孕婦將模型拿在手上并且她可以以裸眼看到該模型的同時她與胎兒產(chǎn)生情感共鳴時，能夠增進(jìn)她對胎兒的感情，并且她的情緒能夠得到穩(wěn)定。此外，對于她的孩子來說，成長階段的模型可以作為紀(jì)念品，給他提供孕育過程的紀(jì)念。
然而，常規(guī)的技術(shù)并不適合于應(yīng)用到胎兒，由于存在受到輻射的危險(xiǎn)，在這些常規(guī)技術(shù)中的CT和MRI都不能用于胎兒，并且還必需對胎兒的圖像進(jìn)行修正以消除所形成的不希望的皺折。
因此，本發(fā)明注意到在已有技術(shù)中所存在的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠通過應(yīng)用從超聲成像裝置中所獲得的圖像數(shù)據(jù)以三維形狀的形式制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠通過應(yīng)用從超聲成像裝置中所獲得的圖像數(shù)據(jù)以三維形狀的形式制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法，該方法包括如下步驟通過應(yīng)用超聲成像裝置獲得人體內(nèi)部目標(biāo)的原始三維空間數(shù)據(jù)；從所獲得的原始三維空間數(shù)據(jù)中選擇所需的區(qū)域并提高所設(shè)定區(qū)域的圖像質(zhì)量；將質(zhì)量提高了的三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為平滑形狀的數(shù)據(jù)；從制作三維模型的形狀數(shù)據(jù)中抽選相對較小量的數(shù)據(jù)，同時保持所制作模型的形狀；以及應(yīng)用所抽選的形狀數(shù)據(jù)成形三維模型。
依據(jù)本發(fā)明的一個特征，人體的內(nèi)部目標(biāo)是在孕婦體內(nèi)的胎兒。
依據(jù)本發(fā)明的一個特征，人體的內(nèi)部目標(biāo)是人體體內(nèi)的器官。
依據(jù)本發(fā)明的一個特征，通過快速原型設(shè)計(jì)方法執(zhí)行成形步驟。
依據(jù)本發(fā)明的一個特征，該方法進(jìn)一步包括使所抽取的三維形狀的成階狀的部分光滑的步驟。
此外，本發(fā)明提供一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的裝置，該裝置包括獲得人體內(nèi)部的目標(biāo)的圖像并輸出原始三維圖像數(shù)據(jù)的成像裝置；預(yù)處理原始三維圖像數(shù)據(jù)、對經(jīng)預(yù)處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模并抽選經(jīng)三維建模的數(shù)據(jù)的控制裝置；以及應(yīng)用所抽選的建模的數(shù)據(jù)形成三維模型的成形裝置。
依據(jù)本發(fā)明一個特征，控制裝置是計(jì)算機(jī)，超聲成像裝置和成形裝置分別連接到該計(jì)算機(jī)。
依據(jù)本發(fā)明一個特征，控制裝置執(zhí)行三維建模處理步驟并在其后進(jìn)行光滑處理。
依據(jù)本發(fā)明一個特征，成形裝置是快速原型設(shè)計(jì)裝置。
通過下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述本發(fā)明的上述目的和其它目的、特征以及其它的優(yōu)點(diǎn)都將會更加清楚。附圖中

圖1所示為依據(jù)本發(fā)明制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；和圖2所示為應(yīng)用本發(fā)明的裝置獲得的三維模型的照片。
首先描述依據(jù)本發(fā)明制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法。
在本說明書中，人體內(nèi)部目標(biāo)是指胎兒或體內(nèi)的器官，比如肝臟或心臟，它們都是出現(xiàn)在人體的內(nèi)部。模型是指一個由物理材料比如合成樹脂或金屬制成的目標(biāo)，并且該模型具有與胎兒或內(nèi)部器官相同或類似的形狀。
在本發(fā)明中，三維圖像是應(yīng)用超聲成像裝置由人體的內(nèi)部目標(biāo)形成的。應(yīng)用超聲成像裝置能夠安全地構(gòu)造胎兒的三維圖像而不會使胎兒受到輻射的危險(xiǎn)。原始的三維圖像是一種空間數(shù)據(jù)，在該空間數(shù)據(jù)中許多兩維的橫截面連續(xù)地沿著單一的軸線層疊。
可以將整個原始三維圖像轉(zhuǎn)換為一個模型，但是通常僅將原始三維圖像的所選擇的區(qū)域轉(zhuǎn)換為模型。例如，對于胎兒可以選擇它的臉部作為制作模型的區(qū)域，而對于內(nèi)部器官可以選擇它的一部分區(qū)域制作模型。因此，應(yīng)該在原始的三維圖像上選擇所需的區(qū)域。此后，增強(qiáng)所選擇的區(qū)域的質(zhì)量較差的圖像的質(zhì)量。這些預(yù)處理描述在WilliamE．Lorensen和Harvey E．Cline的“Marching cubesA High Resolution3D Surface Construction Algorithm”(Computer Graphics Vol．21，4，1987)中。
在預(yù)處理的數(shù)據(jù)中橫截面層疊在一起，因此目標(biāo)的外形成臺階形，所以它并不平滑。因此要進(jìn)行一種三維建模處理，在該處理過程中通過平滑地壓榨相同密度的部分將具有臺階外形的目標(biāo)轉(zhuǎn)換為具有平滑外形的目標(biāo)。通過三維建模處理將預(yù)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平滑形狀的數(shù)據(jù)。在Gabriel Taubin的“A Signal Processing Approach To Fair SurfaceDesign”(SIGGRAPH Proceedings’95，1995)中描述了三維建模處理。
三維制作模型形狀的數(shù)據(jù)相對較大，因此計(jì)算機(jī)處理三維制作模型形狀的數(shù)據(jù)較困難。因此，執(zhí)行一種抽選處理，在抽選處理過程中通過將在模型圖像數(shù)據(jù)中的不需要的部分刪除來減小文件的大小，而同時保持所制作模型的形狀。例如，在由許多點(diǎn)構(gòu)成平面的情況下，進(jìn)行抽選處理，在該抽選處理中保留最小數(shù)量的點(diǎn)，將其它的點(diǎn)刪除。在Matthias Eck，Tnoy DeRose等人的“Multi-resolution Analysis ofArbitrary Meshes”(Computer Graphics SIGGRAH 95 Proceedings，pp．173-182，1995)中描述了這種抽選處理。
與此同時，在胎兒的若干部分都具有皺折，具有皺折的胎兒的模型可能會使人看到不舒服。為了解決這個問題，需要進(jìn)行平滑處理，在該處理中通過消除外形的皺折使所抽選的三維形狀平滑。在GabrielTaubin的“A Signal Processing Approach To Fair Surface Design”(SIGGRAPH Proceedings’95，1995)中描述了這種平滑處理。然而，由于這種處理并不是必不可少的，因此僅在需要的場合進(jìn)行這種處理。例如當(dāng)需要制作內(nèi)部器官本身的模型時，就不執(zhí)行這種平滑處理。
應(yīng)用成形裝置將所抽選或平滑的形狀數(shù)據(jù)制成模型?？焖僭驮O(shè)計(jì)裝置可以用作成形裝置?？焖僭驮O(shè)計(jì)裝置通過將三維形狀分解為橫截面并將這些橫截面層疊起來以構(gòu)造三維模型。商業(yè)化的快速原型設(shè)計(jì)裝置如Z-corp的名稱為“Z-402”的模型。
快速原型設(shè)計(jì)裝置應(yīng)用合成樹脂比如丙烯酸類聚合物或聚酯或高聚合材料比如淀粉或蠟構(gòu)造模型。在這些情況下，由淀粉或蠟制作的模型不耐久，因此應(yīng)用模子形成鑄型，該模子是在模型的基礎(chǔ)上形成的。鑄型可以保持相對較長的時間。
快速原型設(shè)計(jì)裝置能夠以模型表現(xiàn)所有或一部分的人體內(nèi)部目標(biāo)，比如胎兒或內(nèi)部器官。經(jīng)過比如表面處理、涂覆或著色的后處理完成該模型。
下文描述依據(jù)本發(fā)明的制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的裝置。
參考圖1，超聲譜儀10輸出胎兒的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)20通過執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的三維建模、平滑和抽選處理將該圖像輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維形狀數(shù)據(jù)，并輸出三維形狀數(shù)據(jù)。一種快速原型設(shè)計(jì)裝置30應(yīng)用輸出的三維形狀數(shù)據(jù)構(gòu)造模型。
因此，計(jì)算機(jī)20應(yīng)該具有用于處理該圖像數(shù)據(jù)的足夠存儲器容量，并具有高速的處理器以便能夠執(zhí)行大量的計(jì)算。
圖2所示為應(yīng)用本發(fā)明的裝置所獲得的三維模型的照片。在該照片中，選擇胎兒的面部并將其制成模型?？梢砸圆煌娘L(fēng)格形成被制成三維模型的區(qū)域。
如上所述，本發(fā)明提出一種能夠應(yīng)用超聲波裝置以三維形狀的形式制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法和裝置。具體地說，當(dāng)孕婦將模型拿在手上并且以裸眼看到該模型的同時她與胎兒產(chǎn)生情感共鳴時，能夠增進(jìn)她對胎兒的感情，并且她的情緒能夠得到穩(wěn)定，并且成長階段的模型可以作為紀(jì)念品，這種紀(jì)念品能夠使她回想起懷孕過程。
雖然為了說明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以理解的是，在不脫離在所附權(quán)利要求所公開的精神和范圍的前提下可以作出各種變型、增加和替換。
權(quán)利要求
1．一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法，該方法包括如下步驟應(yīng)用超聲成像裝置獲得人體內(nèi)部目標(biāo)的原始三維空間數(shù)據(jù)；從所獲得的原始三維空間數(shù)據(jù)中選擇所需的區(qū)域并提高所設(shè)定區(qū)域的圖像質(zhì)量；將質(zhì)量提高了的三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為平滑的形狀數(shù)據(jù)；從三維建模的形狀數(shù)據(jù)中抽選相對較小量的數(shù)據(jù)，同時保持被建模的形狀；以及應(yīng)用所抽選的形狀數(shù)據(jù)使三維模型成形。
2．依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述人體內(nèi)部目標(biāo)是在孕婦體內(nèi)的胎兒。
3．依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述人體內(nèi)部目標(biāo)是人體體內(nèi)的器官。
4．依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過一種快速原型設(shè)計(jì)方法執(zhí)行所述成形步驟。
5．依據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括使所述抽選的三維形狀的臺階部分平滑的步驟。
6．一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的裝置，該裝置包括獲得人體內(nèi)部目標(biāo)的圖像并輸出原始三維圖像數(shù)據(jù)的成像裝置；預(yù)處理原始三維圖像數(shù)據(jù)、對經(jīng)預(yù)處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模并抽選三維建模數(shù)據(jù)的控制裝置；以及應(yīng)用所抽選的經(jīng)建模的數(shù)據(jù)形成三維模型的成形裝置。
7．依據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述控制裝置是計(jì)算機(jī)，并且所述超聲成像裝置和所述成形裝置分別連接到所述計(jì)算機(jī)上。
8．依據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中所述控制裝置執(zhí)行三維建模處理，之后進(jìn)行平滑處理。
9．依據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中所述成形裝置是一種快速原型設(shè)計(jì)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作人體內(nèi)部目標(biāo)的模型的方法及其裝置。該方法包括通過應(yīng)用超聲成像裝置獲得人體內(nèi)部目標(biāo)的原始三維空間數(shù)據(jù)的步驟。此后,選擇所獲得的原始三維空間數(shù)據(jù)的所需區(qū)域并增強(qiáng)所設(shè)定區(qū)域的圖像質(zhì)量。將增強(qiáng)了圖像質(zhì)量的三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為平滑形狀的數(shù)據(jù)。將經(jīng)三維建模的形狀數(shù)據(jù)抽選到相對較小的數(shù)據(jù)量但同時保持所建模的形狀。最后應(yīng)用所抽選的形狀數(shù)據(jù)制作三維模型。
文檔編號G06T1/00GK1293946SQ0013004
公開日2001年5月9日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月25日
發(fā)明者金南局, 金榮鎬, 崔晸皓 申請人:賽伯特株式會社