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Modélisation d’organes à

Cours MIMEDCours MIMED

odé sat o d o ga es àpartir d’images

Elsa AngeliniTélécom ParisTech

2009

Modélisation du Corps

• Modélisation d’organes– Organes– Applications– Equipes

• Organe Virtuel:– Biologiques– Biomécaniques– Représentations de connaissances

Anatomiques– Anatomiques• Difficultés

– Modèle représentatif– Modèle suffisamment précis pour produire des simulations utiles

sur la plan cliniques.– Des modèles manipulables! (… pas trop de calculs ni de

paramètres)

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Modélisation du Corps

• Validation de modèles– Comparaison à des mesures in-vivo– Critères de qualité du modèle:

• Complexité et flexibilité (degrés de liberté)• Robustesse et Automatisation

Modélisation du Corps

• Modélisation d’organes– Organes:O ga es

• Cœur• Poumons• Foie, système ostéo-articulaire• Cerveau, tumeurs cérébrales

– Applications• Simulations de chirurgie, de crash-tests, de dosimétrie.• Correction d’artéfacts de mouvement.• Planification de thérapie (pacemaker), comprehension de

pathologies

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Modélisation du Corps

• Structurer la connaissance!– Ontologies médicales

http://sig.biostr.washington.edu/projects/fm/FME/index.html

DEMO

Modélisation du Corps

• Structurer la i !connaissance!

– Ontologies médicales

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Modélisation du Corps

• Organe virtuel– Biologie + Anatomie

Modèles du Coeur

• Organe virtuel– Biologie + Anatomie– Biologie + Anatomie– Types:

• Modèles géométriques (surface, volume) • Modèles de déformations.

– Données:• Images (projections, coupes, volumes)• Nuage de points (3D)g ( )• Champ de vitesse (phase-contrast MRI, US)• Champ de déplacements (tagged MRI).

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Modèles du Coeur

• Modèles géométriques: surface – Superquadrics + paramètres de déformations

Modèles du Coeur

Variable de position

Modèle de superellipsoidModèle de superellipsoid

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Modèles du CoeurCorrespondence: modèle->points de contours

Twist

Paramètres de déformation

Modèles du CoeurOptimisation des paramètres du modèle

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Modèles du Coeur

Modèles du Coeur

• Modèles géométriques: surface– Sinusoides, Coef de Fourier et Statistiques

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Modèles du CoeurReprésentation de la surface

Paramètres du modèle

Modèle pour les surfaces fermées

Modèles du CoeurParamètres a priori du modèle

Correspondence modèle -> image

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Modèles du CoeurRésultats

Priors

Modèles du Coeur

• Modèles géométriques: surface

Analyse en Composantes Principales (ACP)

géométriques: surface

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Modèles du CoeurRecalage global pour former l’atlas

Modèles du Coeur

Maillage (isosurface) comme points d è (l d k )de repères (landmarks)

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Modèles du Coeur

Modèles du Coeur

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Modèles du Coeur

• Modèles géométriques: volume– NonUniform Rational B-Splines (NURBS)

!! Etude du # de points du moèles vs mesures de volume in vitro.

Modèles du Coeur

• Modèles géométriques: coronaires

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Modèles du Coeur

• Modèles de Déformations– Modèles basés sur la mécanique

• Loi constitutive– Modèles basés images:

• Déplacements de points (DISCRET)• Besoin d’adapter la représentation de la géométrie

à d t i t d déf ti ( lià des contraintes de déformations (spline, maillage,..)

Modèles du Coeur

• Modèles de Déformations

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Modèles du CoeurCardioSense 3D:http://www-sop.inria.fr/CardioSense3D/

Fitting to image dataDepolarization

Modèles du coeur

• Integrative Biology Project – Computational model of the whole heart

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Modèles du Thorax

• Applications:Simulation d’images– Simulation d’images

– Correction d’artéfacts de mouvement

– Evaluation de méthodes de traitement d’images

Modèles du Thorax• Anatomie: Mathematical Cardiac-Torso Phantom

(MCAT) [Univ. North Carolina USA]– Anatomie:

• Définie avec des surfaces continues ( résolution libre)• Variables: Géométrie et mouvements de respiration.

– Physiologie• Distribution 3D des coefficients d’atténuation pour une certaine

énergie de photons ou une distribution de l’activité d’émission des organes (coeur, poumons, foie, rate, estomac).

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Modèles du Thorax

• Anatomie + Respiration: NURBS (NCAT) [UnivNURBS (NCAT) [Univ. North Carolina USA]

Modèles du Thorax

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Modèles du Thorax

Modèles du Thorax

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Modèles du Thorax

Contraintes sur le

modèle

Modèles du Thorax

NCAT

MCAT

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Modèles de Respiration

Modèles de Respiration

• Modèle CT-physiologie

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Modèles Hybrides

Application: Extension du modèle au cas pathologique:• Application: Extension du modèle au cas pathologique:– using these models to begin to study the development cycle of

cardiac disease and cancer tumors.– bringing together clinical and laboratory data from many

sources to evaluate and improve the accuracy of the models. – understanding the fundamental causes of these life-threatening

conditions and how to reduce their likelihood of occurrence. – identifying opportunities for intervention at the molecular andidentifying opportunities for intervention at the molecular and

cellular level using customized drugs and novel treatmentregimes.

Modèles Hybrides

• Physiome Project (New Zealand)

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Modèles Hybrides

• Physiome Project (New j (Zealand)

Modèles Hybrides

• Physiome Project (New Zealand)

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Modèles Hybrides

• Physiome Project (New j (Zealand) Propagation

électrique

Flux dans les

coronaires

Modèles Hybrides

• Physiome Project (New j (Zealand)