三维坐标的确定方法及装置.pdf

本发明公开了一种三维坐标的确定方法及装置，该方法包括：获取容积重建图像，其中，容积重建图像为二维图像，且二维图像中包括三维的物体；分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标，其中，第一位置和第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置；确定二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。通过本发明，可以直接在容积重建图像中选择需要测量的距离的端点或角度的顶点，避免了在切面重建图像中进行距离或角度测量时，需要多次调整切面重建图像位置的问题，从而达到更好的医疗观测效果。

权利要求书一种三维坐标的确定方法，其特征在于，包括：
获取容积重建图像，其中，所述容积重建图像为二维图像，且所述二维图像中包括三维的物体；
分别获取第一位置和第二位置在所述容积重建图像中的二维坐标，其中，所述第一位置和所述第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置；
确定所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标。
根据权利要求1所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，获取所述二维坐标对应的三维坐标包括：
获取预设视点以及以所述视点为原点的三维坐标系，其中，所述容积重建图像位于所述三维坐标系中；
获取所述二维坐标在所述三维坐标系中对应的第二三维坐标；
获取预设射线上的点的灰度值，其中，所述预设射线为以所述原点为起点，穿过所述第二三维坐标对应的点的射线；
获取所述灰度值与透明度的对应关系；
获取预设的透明度阈值；
获取第三三维坐标，其中，所述第三三维坐标对应的第一点在所述预设射线上，所述第一点为沿所述预设射线的方向上第一个透明度累加值大于所述透明度阈值的点；以及
确定所述第一点在所述三维坐标系中对应的第三三维坐标为所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标。
根据权利要求1所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，在获取所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，所述方法还包括：
根据所述第一位置在所述容积重建图像中的三维坐标和所述第二位置在所述容积重建图像中的三维坐标确定所述第一位置和所述第二位置之间的距离。
根据权利要求3所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，确定所述第一位置和所述第二位置之间的距离包括：
获取用户重新选定的第一位置和第二位置在所述容积重建图像中的二维坐标；以及
确定所述重新选定的第一位置和第二位置之间的距离。
根据权利要求3所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，
分别获取第一位置和第二位置在所述容积重建图像中的二维坐标包括：
获取用户点击的第一位置、第二位置和第三位置，
获取所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，所述方法还包括：
确定所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置所组成的以所述第二位置为顶点的角度的大小。
根据权利要求1所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，在获取所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，所述方法还包括：
根据所述第一位置的三维坐标和所述第二位置的三维坐标确定所述第一位置和所述第二位置的共同平面，其中，所述共同平面为所述第一位置和所述第二位置所在的平面。
根据权利要求6所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，根据所述第一位置的三维坐标和所述第二位置的三维坐标确定所述第一位置和所述第二位置所在的共同平面包括：
确定所述第一位置所在的平面；
判断包括所述第一位置的平面是否包括第二位置；
确定同时包括所述第一位置和所述第二位置的平面为所述第一位置和所述第二位置的共同平面。
一种三维坐标的确定装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取容积重建图像，其中，所述容积重建图像为二维图像，且所述二维图像中包括三维的扫描物体；
第二获取单元，用于分别获取第一位置和第二位置在所述容积重建图像中的二维坐标，其中，所述第一位置和所述第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置；以及
第一确定单元，用于确定所述二维坐标对应的三维坐标。
根据权利要求8所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，所述第二获取单元包括：
第一获取子单元，用于获取预设视点以及以所述视点为原点的三维坐标系，其中，所述容积重建图像位于所述三维坐标系中；
第二获取子单元，用于获取所述二维坐标在所述三维坐标系中对应的第二三维坐标；
第三获取子单元，用于获取预设射线上的点的灰度值，其中，所述预设射线为以所述原点为起点，穿过所述第二三维坐标对应的点的射线；
第四获取子单元，用于获取所述灰度值与透明度的对应关系；
第五获取子单元，用于获取预设的透明度阈值；
第六获取子单元，用于获取第三三维坐标，其中，所述第三三维坐标对应的第一点在所述预设射线上，所述第一点为沿所述预设射线的方向上第一个透明度累加值大于所述透明度阈值的点；以及
第一确定子单元，用于确定所述第一点在所述三维坐标系中对应的第三三维坐标为所述二维坐标在所述容积重建图像中对应的第一三维坐标。
根据权利要求8所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，所述装置还包括：
第二确定单元，用于根据所述第一位置在所述容积重建图像中的三维坐标和所述第二位置在所述容积重建图像中的三维坐标确定所述第一位置和所述第二位置之间的距离。
根据权利要求10所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，所述第二确定单元包括：
第七获取子单元，用于获取用户重新选定的第一位置和第二位置在所述容积重建图像中的二维坐标；以及
第二确定子单元，用于确定所述重新选定的第一位置和第二位置之间的距离。
根据权利要求10所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，
所述第二获取单元还用于获取用户点击的第一位置、第二位置和第三位置，
所述装置还包括：
第三确定单元，用于确定所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置所组成的以所述第二位置为顶点的角度的大小。
根据权利要求8所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，所述装置还包括：
第四确定单元，用于根据所述第一位置的三维坐标和所述第二位置的三维坐标确定所述第一位置和所述第二位置的共同平面，其中，所述共同平面为所述第一位置和所述第二位置所在的平面。
根据权利要求13所述的三维坐标的确定方法，其特征在于，所述第四确定单元包括：
第三确定子单元，用于确定所述第一位置所在的平面；
判断子单元，用于判断包括所述第一位置的平面是否包括第二位置；
第四确定子单元，用于确定同时包括所述第一位置和所述第二位置的平面为所述第一位置和所述第二位置的共同平面。

说明书三维坐标的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及医疗领域，具体而言，涉及一种三维坐标的确定方法及装置。
背景技术
临床医疗应用中，会对多张扫描图像进行容积重建以获取容积重建图像，容积重建图像中包括被扫描物体的三维信息，在通过容积重建图像观察人体解剖结构的同时，往往还需要对感兴趣的解剖结构进行空间测量，包括在三维空间中的距离测量、角度测量。对骨骼的三维测量，在骨骼校正、整形手术中具有重要价值；对器官和病变部位的三维测量，在病灶切除、手术规划、放疗规划中，具有重要价值。但是目前缺少一种易于使用、并且定位准确的三维空间测量方式。
在现有技术中，通常采用通过多次尝试和调整，找到一个包含要测量的距离端点或角度顶点的切面重建图像，然后进行距离或角度测量。合适的切面重建图像的查找和确定，通常比较困难，需要多次尝试和不断人工调整，不仅耗时，而且容易出错。
针对现有技术中在医疗观测时测量距离或角度的效率较低的问题，本发明提出了一种直接在容积重建图像中进行距离或角度测量的方法。
发明内容
本发明提供了一种三维坐标的确定方法及装置，以至少解决现有技术中在医疗观测时测量距离或角度的效率较低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三维坐标的确定方法。
根据本发明的三维坐标的确定方法包括：获取容积重建图像，其中，容积重建图像为二维图像，且二维图像中包括三维的物体；分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标，其中，第一位置和第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置；确定二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
进一步地，获取二维坐标对应的三维坐标包括：获取预设视点以及以视点为原点的三维坐标系，其中，容积重建图像位于三维坐标系中；获取二维坐标在三维坐标系中对应的第二三维坐标；获取预设射线上的点的灰度值，其中，预设射线为以原点为起点，穿过第二三维坐标对应的点的射线；获取灰度值与透明度的对应关系；获取预设的透明度阈值；获取第三三维坐标，其中，第三三维坐标对应的第一点在预设射线上，第一点为沿预设射线的方向上第一个透明度累加值大于透明度阈值的点；以及确定第一点在三维坐标系中对应的第三三维坐标为二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
进一步地，在获取二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，上述方法还包括：根据第一位置在容积重建图像中的三维坐标和第二位置在容积重建图像中的三维坐标确定第一位置和第二位置之间的距离。
进一步地，确定第一位置和第二位置之间的距离包括：获取用户重新选定的第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标；以及确定重新选定的第一位置和第二位置之间的距离。
进一步地，分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标包括：分别获取用户点击的第一位置、第二位置和第三位置在容积重建图像中的二维坐标，获取二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，上述方法还包括：确定第一位置、第二位置和第三位置根据第一位置、第二位置和第三位置在容积重建图像中的二维坐标所组成的以第二位置为顶点的角度的大小。
进一步地，在获取二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，上述方法还包括：根据第一位置的三维坐标和第二位置的三维坐标确定第一位置和第二位置的共同平面，其中，共同平面为第一位置和第二位置所在的平面。
进一步地，根据第一位置的三维坐标和第二位置的三维坐标确定第一位置和第二位置所在的共同平面包括：确定第一位置所在的平面；判断包括第一位置的平面是否包括第二位置；确定同时包括第一位置和第二位置的平面为第一位置和第二位置的共同平面。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种三维坐标的确定装置，该装置用于执行本发明提供的任意一种三维坐标的确定方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种三维坐标的确定装置。该装置包括：第一获取单元，用于获取容积重建图像，其中，容积重建图像为二维图像，且二维图像中包括三维的扫描物体；第二获取单元，用于分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标，其中，第一位置和第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置；以及第一确定单元，用于确定二维坐标对应的三维坐标。
进一步地，第二获取单元包括：第一获取子单元，用于获取预设视点以及以视点为原点的三维坐标系，其中，容积重建图像位于三维坐标系中；第二获取子单元，用于获取二维坐标在三维坐标系中对应的第二三维坐标；第三获取子单元，用于获取预设射线上的点的灰度值，其中，预设射线为以原点为起点，穿过第二三维坐标对应的点的射线；第四获取子单元，用于获取灰度值与透明度的对应关系；第五获取子单元，用于获取预设的透明度阈值；第六获取子单元，用于获取第三三维坐标，其中，第三三维坐标对应的第一点在预设射线上，第一点为沿预设射线的方向上第一个透明度累加值大于透明度阈值的点；以及第一确定子单元，用于确定第一点在三维坐标系中对应的第三三维坐标为二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
进一步地，上述装置还包括：第二确定单元，用于根据第一位置在容积重建图像中的三维坐标和第二位置在容积重建图像中的三维坐标确定第一位置和第二位置之间的距离。
进一步地，第二确定单元包括：第七获取子单元，用于获取用户重新选定的第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标；以及第二确定子单元，用于确定重新选定的第一位置和第二位置之间的距离。
进一步地，第二获取单元还用于获取用户点击的第一位置、第二位置和第三位置，上述装置还包括：第三确定单元，用于确定第一位置、第二位置和第三位置所组成的以第二位置为顶点的角度的大小。
进一步地，上述装置还包括：第四确定单元，用于根据第一位置的三维坐标和第二位置的三维坐标确定第一位置和第二位置的共同平面，其中，共同平面为第一位置和第二位置所在的平面。
进一步地，第四确定单元包括：第三确定子单元，用于确定第一位置所在的平面；判断子单元，用于判断包括第一位置的平面是否包括第二位置；第四确定子单元，用于确定同时包括第一位置和第二位置的平面为第一位置和第二位置的共同平面。
通过本发明，可以直接在容积重建图像中选择需要测量的距离的端点或角度的顶点，避免了在切面重建图像中进行距离或角度测量时，需要多次调整切面重建图像位置的问题。采用该发明提出的方法，可以将用户在容积重建图像中所选择的二维坐标点，转换为三维坐标，从而进一步测量用户在容积重建图像中选定的两个二维坐标点，所对应的两个三维坐标，以及它们之间的距离，或三个二维坐标点所对应的三个三维坐标所形成的角度，通过本发明，可以快捷的测量到几个目标点之间的距离或者角度，解决了现有技术中在医疗观测时测量距离或角度的效率较低的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的三维坐标的确定装置的结构框图；
图2是根据本发明实施例的三维坐标的确定方法的流程图；
图3a是根据本发明实施例的图像空间和物体空间的对应示意图；
图3b是根据本发明实施例的二维坐标与三维坐标的关系示意图；以及
图4是根据本发明实施例的二维坐标和三维坐标的转换示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种三维坐标的确定装置，以下对本发明实施例所提供的三维坐标的确定装置进行介绍。
图1是根据本发明实施例的三维坐标的确定装置的结构框图。
如图1所示，该三维坐标的确定装置包括第一获取单元11、第二获取单元12和确定单元13。
第一获取单元11用于获取容积重建图像，其中，容积重建图像为二维图像，且二维图像中包括三维的物体。
第二获取单元12用于分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的三维坐标，其中，第一位置和第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置。
确定单元13用于确定二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
在本实施例中，由于首先根据二维坐标获取容积重建图像的三维坐标，并根据三维坐标确定共同平面，取代了手动调试选取共同平面的操作，在得出用户选定的位置的三维坐标后，可以通过数据处理的方式准确和快速的确定出相应的共同平面，因此解决了现有技术中现有技术中在医疗观测时测量距离或角度的效率较低的问题，进而提高了对人体结构进行距离或角度测量的效率。
下文中还提到第二三维坐标，本实施例中的第一三维坐标和第二三维坐标仅用于表示两种不同的观测方式，第一三维坐标和第二三维坐标可以是同一坐标系中，也可以位于不同的坐标系。
本实施例通过透明度阈值来实现快速准确确定容积重建图像中的三维坐标，优选地，第二获取单元包括：第一获取子单元，用于获取预设视点以及以视点为原点的三维坐标系，其中，容积重建图像位于三维坐标系中；第二获取子单元，用于获取二维坐标在三维坐标系中对应的第二三维坐标；第三获取子单元，用于获取预设射线上的点的灰度值，其中，预设射线为以原点为起点，穿过第二三维坐标对应的点的射线；第四获取子单元，用于获取灰度值与透明度的对应关系；第五获取子单元，用于获取预设的透明度阈值；第六获取子单元，用于获取第三三维坐标，其中，第三三维坐标对应的第一点在预设射线上，第一点为沿预设射线的方向上第一个透明度累加值大于透明度阈值的点；以及第一确定子单元，用于确定第一点在三维坐标系中对应的第三三维坐标为二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
三维坐标可用于计算两点之间的距离，优选地，上述装置还包括：第二确定单元，用于根据第一位置在容积重建图像中的三维坐标和第二位置在容积重建图像中的三维坐标确定第一位置和第二位置之间的距离。
在本实施例中，在改变选定的某点的位置后，可以重新确定两点间的距离，优选地，第二确定单元包括：第七获取子单元，用于获取用户重新选定的第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标；以及第二确定子单元，用于确定重新选定的第一位置和第二位置之间的距离。
本实施例中的第一位置和第二位置仅用来区别不同的位置，并未限定选定的点的数据，即，选定的点还可以是三个或三个以上，下面以三点为例，第二获取单元还用于获取用户点击的第一位置、第二位置和第三位置，上述装置还包括：第三确定单元，用于确定第一位置、第二位置和第三位置所组成的以第二位置为顶点的角度的大小。
在现有技术中，需要手动调整来确定共同平面，本实施例还可以确定共同平面，优选地，上述装置还包括：第四确定单元，用于根据第一位置的三维坐标和第二位置的三维坐标确定第一位置和第二位置的共同平面，其中，共同平面为第一位置和第二位置所在的平面。
具体地，第四确定单元包括：第三确定子单元，用于确定第一位置所在的平面；判断子单元，用于判断包括第一位置的平面是否包括第二位置；第四确定子单元，用于确定同时包括第一位置和第二位置的平面为第一位置和第二位置的共同平面。
本发明实施例还提供了一种三维坐标的确定方法，该方法可以基于上述的装置来执行。
图2是根据本发明实施例的三维坐标的确定方法的流程图。
如图2所示，该三维坐标的确定方法包括如下的步骤S202至步骤S206。
步骤S202，获取容积重建图像，其中，容积重建图像为二维图像，且二维图像中包括三维的物体。用户可以调整容积重建图像的显示方式，包括观察角度、缩放比例、不同组织透明度。
容积重建图像是二维的平面图像，但是该图像可以表现出物体的三维结构，通过对扫描的各断层图像序列进行容积重建，可以获取容积重建图像，例如，将一块面包切成片状，那么扫描的一张断层图像类似于一张面包片，容积重建的过程类似将所有面包片重新组合成面包的过程，最后对重新组合的面包进行拍照，拍摄的是一张二维的图片，但是该图片可能表现出三维空间中的位置关系，容积重建图像类似于本例中的面包的图片。
步骤S204，分别获取第一位置和第二位置在容积重建图像中的二维坐标，其中，第一位置和第二位置为用户对容积重建图像点击的两个不同位置。
用户每次的点击位置，都对应容积重建图像中一个二维坐标i（x，y），例如下述图3b中的i（x，y）。
步骤S206，确定二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
第一三维坐标是容积重建图像中的点在三维坐标系中的三维坐标，通过基于光线投影算法的坐标转换方法，可以将容积重建图像的二维坐标i(x，y)转换成三维坐标J（X，Y，Z）。
具体地，光线投影算法是通过二维断层扫描图像生成容积重建图像的一种常用方法。其基本原理是，将一系列连续扫描的二维断层图像，首先重构成三维容积数据，然后从容积重建图像上的点向三维容积数据发出投影射线，对射线所经过的三维容积数据点进行采样，并对采用值进行透明度和颜色的映射，最后进行图像合成，计算出容积重建图像中每个像素点的颜色或灰度，最终得到容积重建图像。
图3a是根据本发明实施例的图像空间和物体空间的对应示意图，如图3a所示，二维的容积重建图像中的具有二维坐标的点所对应着物体空间中具有三维坐标的点，图3b是根据本发明实施例的二维坐标与三维坐标的关系示意图，如图3b所示，由容积重建图像上的每个像素点向扫描物体所在的三维空间发出光线，该射线与扫描物体相交于许多个点，这些点即为三维空间上新的采样点，例如，容积重建图像上的二维坐标点i（x，y）对应的物体身上的三维坐标点J（X，Y，Z）。采用“基于光线投影算法的坐标转换算法”，能够将i(x，y)，选择适当的重构元素，计算光的传输方程，转换得到J(X，Y，Z)。
图4是根据本发明实施例的二维坐标和三维坐标的转换示意图，如图4所示，通过该步骤，选定一个观测点并以该观测点作为三维坐标系的坐标原点，容积重建图像位于该三维坐标系中，容积重建图像中的二维坐标i（x，y）在三维空间中的坐标为I（x，y，z）。
在获取该二维坐标对应的第一三维坐标，即容积重建图像中的点的三维坐标之后，还可以采用迭代法，确定容积重建图像中的点对应的第二三维坐标，即容积重建图像中的点所对应的三维空间中的点的三维坐标。本实施例中采用如下步骤：
第一，获取预设视点以及以视点为原点的三维坐标系，其中，容积重建图像位于三维坐标系中。
第二，获取二维坐标在三维坐标系中对应的第二三维坐标。
该三维坐标为容积重建图像中的点在三维坐标系中的坐标，例如下述图4中的I点的坐标。
第三，获取预设射线上的点的灰度值，其中，预设射线为以原点为起点，穿过第二三维坐标对应的点的射线。
第四，获取灰度值与透明度的对应关系。
第五，获取预设的透明度阈值。
第六，获取第三三维坐标，其中，第三三维坐标对应的第一点在预设射线上，第一点为沿预设射线的方向上第一个透明度累加值大于透明度阈值的点，例如，在预设射线上沿该射线的方向依次存在a、b、c和d四点，其中，a点的透明度为1，b点的透明度为2，c点的透明度为3，d点的透明度为4，透明度阈值为5，c点的透明度累加值为1+2+3=6，为第一个透明度累加值大于透明度阈值的点，因此，c点为本场景下的第一点。
仍以下述图4为例，J点即为本实施例中的第一点，J点的坐标即为第三三维坐标。
第七，确定第一点在三维坐标系中对应的第三三维坐标为二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标。
在本步骤中，确定J点的坐标为i点在对应的物体空间中的三维坐标。
以图4为例，上述操作可以具体为：
a，以I（x，y，z）为起点，按照单位步长d沿射线oi向远离原点的方向前进。可以得到一系列采样点jn，n=0，1，2，…。其中，j0=I（x，y，z）。
b，假定每个采样点jn所在的物体三维空间位置的灰度值为fn=f（jn），n=0，1，2，……。
c，根据容积重建图像当前显示效果对应的灰度值‑透明度映射函数，可以得到每个采样点jn对应的透明度gn=g（f（jn）），n=0，1，2，……，一般地，gn的取值范围为[0，1]。
d，采用下述迭代方法，确定容积重建图像中，坐标点i（x’，y’）对应的人体空间三维坐标：
1，设定透明度阈值H，此处的透明度阈值可以根据经验预设，一般地，H的取值为0.8～0.9；
2，设定透明度累加值h，初值为0，即h=0；
3，设定循环变量n=0；
4，令h=h+g（f（jn））；
5，如果h<H，则令n=n+1，返回执行步骤4；否则，继续执行步骤6；
6，输出jn对应的三维物体空间坐标。
在获取二维坐标在容积重建图像中对应的第一三维坐标之后，即可根据第一位置在容积重建图像中的三维坐标和第二位置在容积重建图像中的三维坐标确定第一位置和第二位置之间的距离。
采用上述三维坐标确定方法，可以在容积重建图像中，确定空间中两点P1和P2。P1和P2两点之间的线段长度为：