François Chung, Ph.D.

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CBM 2009 - Acta de conferencia

CBM 2009 – Acta de conferencia

Publicación

Tobias Heimann, François Chung, Hans Lamecker, Hervé Delingette; Subject-specific ligament models: Towards real-time simulation of the knee joint; CBM 2009: Computational Biomechanics for Medicine IV, London, 2009.

Abstract

We present an efficient finite element method to simulate a transversely isotropic non-linear material for ligaments. The approach relies on tetrahedral elements and exploits the geometry to optimize computation of the derivatives of the strain energy. To better support incompressibilty, deviatoric and dilational responses are uncoupled and a penalty term controls volume preservation. We derive stress and elasticity tensors required for implicit solvers and verify our model against the FEBio software using a variety of load scenarios with synthetic shapes. The maximum node positioning error for ligament materials is < 5% for strains under physiological conditions. To generate subject-specific ligament models, we propose a novel technique to estimate fiber orientation from segmented ligament geometry. The approach is based on an automatic centerline extraction and generation of the corresponding diffusion field. We present results for a medial collateral ligament segmented from standard Magnetic Resonance Imaging (MRI) data. Results show the general viability of the method, but also the limitations of current MRI acquisitions. In the future, we hope to employ the presented techniques for real-time simulation of knee surgery.

Palabras clave

  • knee
  • ligament
  • real-time
  • simulation

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MICCAI 2009 – Acta de conferencia

Publicación

François Chung, Hervé Delingette; Multimodal prior appearance models based on regional clustering of intensity profiles; MICCAI 2009: Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, London, 2009.

Abstract

Model-based image segmentation requires prior information about the appearance of a structure in the image. Instead of relying on Principal Component Analysis (PCA) such as in Statistical Appearance Models (SAMs), we propose a method based on a regional clustering of intensity profiles that does not rely on an accurate pointwise registration. Our method is built upon the Expectation-Maximization (EM) algorithm with regularized covariance matrices and includes spatial regularization. The number of appearance regions is determined by a novel model order selection criterion. The prior is described on a reference mesh where each vertex has a probability to belong to several intensity profile classes.

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Modelo multimodal

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Proyecto INRIA @Sophia-Antipolis, Francia (2009). La segmentación de imágenes basada en modelos requiere información previa acerca de la apariencia de una estructura en la imagen. En lugar de basarse en el análisis de componentes principales (ACP), como se hace con los Statistical Appearance Models (SAM), proponemos un nuevo modelo de apariencia basado en una agrupación regional de perfiles de intensidad que no se basa en un registro punto a punto preciso.

Este modelo multimodal de apariencia, denominado Multimodal Prior Appearance Model (MPAM), se basa en el algoritmo de esperanza-maximización (EM) con matrices de covarianza regularizadas e incluye una regularización espacial. El número de regiones de apariencia esta determinado por un nuevo criterio de selección del orden del modelo. El modelo se describe en una malla de referencia en la cual cada vértice tiene una probabilidad de pertenecer a varias clases de perfil de intensidad.

Probamos nuestro método con 7 mallas del hígado segmentado a partir de imágenes tomográficas (TC) y 4 mallas del tibia segmentado a partir de imágenes de imágenes por resonancia magnética (IRM). Para ambas estructuras, perfiles de intensidad compuestos por 10 muestras extraídas cada mm fueron generados a partir de mallas con alrededor de 4000 vértices.

La principal ventaja de nuestro método es que las regiones de apariencia son extraídas sin necesidad de un registro punto a punto preciso. Otra ventaja es que un modelo puede estar construido con pocos conjuntos de datos (de hecho un conjunto es suficiente). Además, el modelo es multimodal, y por lo tanto capaz de hacer frente a grandes variaciones de apariencia.

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ORASIS 2009 - Acta de conferencia

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François Chung, Jérôme Schmid, Olivier Clatz, Nadia Magnenat-Thalmann, Hervé Delingette; Reconstruction 3D des structures anatomiques des membres inférieurs; ORASIS'09: Congrès des jeunes chercheurs en vision par ordinateur, Association Française pour la Reconnaissance et l'Interprétation des Formes (AFRIF), Trégastel, 2009.

Abstract

Dans cet article, nous nous intéressons à la modélisation des structures anatomiques des membres inférieurs telles que les os, les muscles et les tendons. La méthode proposée commence par une acquisition d'images par résonance magnétique (IRM) durant laquelle les membres inférieurs d'un sujet sont scannés. Des modèles 3D sont ensuite générés après une segmentation manuelle des structures anatomiques. Cependant, la surface des modèles générés n'est pas lisse. De plus, les modèles ne sont pas attachés alors qu'ils devraient l'être anatomiquement. Nous décrivons donc les différentes étapes pour contraindre les modèles à être corrects au niveau anatomique et nous discutons de leur validation. L'objectif de cette méthode est de pouvoir réutiliser ces modèles dans des méthodes de segmentation automatique.

Palabras clave

  • IRM
  • segmentation
  • modélisation 3D
  • membres inférieurs

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Proyecto INRIA @Ginebra, Suiza (2009). Estamos interesados en la reconstrucción 3D de las estructuras anatómicas del miembro inferior, tales como los huesos, los músculos y los tendones. El método propuesto comienza con una adquisición de imágenes por resonancia magnética (IRM) durante la cual se escanea el miembro inferior de un sujeto. Modelos 3D están generados después de una segmentación manual de las estructuras anatómicas.

Sin embargo, la superficie de los modelos generados no está lisa. Además, los modelos no están unidos aunque deberían estarlo anatómicamente. Varios pasos consecutivos son necesarios para restringir los modelos a que sean correctos al nivel anatómico. El objetivo de nuestro método es reutilizar estos modelos con métodos de segmentación automática.

Este trabajo es una colaboración entre:

  • INRIA Sophia-Antipolis - Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (FR);
  • UNIGE - Université de Genève (CH).

Nuestro método de modelado nos permitió generar la mayor parte de las estructuras anatómicas del miembro inferior. Fuimos capaces de crear un total de 109 modelos incluyendo los huesos, los músculos, los tendones y la piel. En cuanto a los huesos, modelamos 6 en total. Más específicamente, la cadera, el fémur, la rótula, la tibia, el peroné y el hueso del pie. Finalmente, modelamos 34 músculos en total. Para cada músculo, modelamos un par de tendones (proximal y distal) cuya función es unir los músculos a los huesos. Los modelos generados fueron evaluados y validados por un experto médico.

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