Abstract

Biomechanical modeling requires the construction of an accurate solid model of the object under study based on the data of a particular patient. This problem can be solved manually using modern software packages for medical data processing or using computer-aided design systems. This approach is used by many researchers and allows you to create accurate solid models, but is time consuming. In this regard, the automation of the construction of solid models suitable for performing biomechanical calculations is an urgent task and can be carried out using neural network technologies. This study presents the implementation of one of the methods for processing computed tomography data in order to create two-dimensional accurate solid models of vertebral bodies in a sagittal projection. An artificial neural network Mask-RCNN was used for automatic recognition of vertebrae. The assessment of the quality of the automatic recognition performed by the neural network was carried out on the basis of comparison with the S¨ orensen measure with manual segmentation performed by practitioners. Application of the method makes it possible to significantly speed up the process of modeling bone structures of the spine in 2D mode. The implemented technique was used in the development of a solid-state model module, which is included in the SmartPlan Ortho 2D medical decision support system developed at Saratov State University within the framework of the Advanced Research Foundation project.

Highlights

  • Ключевые слова: SmartPlan Ortho 2D, твердотельная модель, биомеханическое моделирование, позвоночно-тазовый комплекс, компьютерная томография, DICOM, сверточная нейронная сеть, Mask-RCNN, 2D-сегментирование, мера Серенсена

  • This study presents the implementation of one of the methods for processing computed tomography data in order to create two-dimensional accurate solid models of vertebral bodies in a sagittal projection

  • Ю. Использование сверточной нейронной сети для автоматизации построения двумерных твердотельных моделей позвонков // Изв

Read more

Summary

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для решения задачи автоматического 2D-сегментирования позвонков была применена искусственная нейронная сеть. Алгоритмы нейронной сети были модифицированы за счет использования увеличенного набора данных и тонкой настройки для решения поставленной задачи. 1. Архитектура нейронной сети Mask-RCNN (цвет online) Fig. 1. Для обучения нейронной сети был построен набор данных, состоящий из 5352 медицинских изображений (формат DICOM) позвонков в сагиттальной проекции без патологий и металлических конструкций. Пример автоматического 2D-сегментирования позвонков с применением сплайнинтерполяции представлен на рис. TensorFlow — открытая программная библиотека для машинного обучения, разработанная для решения задач построения и тренировки нейронной сети, в проекте применена ее Python-адаптация;. VTK (Visualization Toolkit) — открытая кроссплатформенная библиотека для трехмерного моделирования, обработки изображений и прикладной визуализации, исходным языком библиотеки является C++, поэтому для применения ее в проекте на языке Python была применена Python-адаптация;. PyQT — Python-адаптация GUI-библиотеки Qt с открытым исходным кодом, которая также функционирует как кросс-платформенная среда разработки приложений

ПРОГРАМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТЫ
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call