Computer-aided Longitudinal Description of deformation and Its Application to Craniofacial Growth in Humans

• Autorzy: Tomaka A. , Luchowski L.

Warianty tytułu

PL

Wspomagany komputerowo opis deformacjioraz jego zastosowanie do oceny rozwoju twarzo-czaszki u dzieci

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents some design and implementation aspects of a software toolkit for longitudinal description of craniofacial deformation. Three main modules are described: the landmark acquisition and 3D reconstruction module, longitudinal analysis module for visualization of results. The assumptions for the landmark acquisition module were derived from the observation and analysis of the conditions of talking cephalograms (X-ray images of the head). The longitudinal analysis module implements the exiting methods for deformation description and a newly designed multilevel parametrization. The third module presents the results graphically both in 2D and 3D at the different levels of analysis. Results of applying the toolkit to the longitudinal analysis of craniofacial deformation in a patient with temporo-mandibular joint ankylosis are illustrated.

PL

Artykuł przedstawia wybrane aspekty projektowania i implementacji przybornika programowego wspomagającego analizę deformacji w obrębie twarzowej części czaszki. Opisane zostały trzy główne moduły, obejmujące wskazywanie punktów charakterystycznych oraz rekonstrukcję ich trójwymiarowych współrzędnych, moduł analizy deformacji, oraz moduł wizualizacji wyników. Założenia do projektowania modułu akwizycji punktów charakterystycznych powstały na podstawie analizy warunków powstawania cefalogramów (zdjęć rentgenowskich czaszki). W ramach modułu analizy deformacji zaimplementowano istniejące metody opisu deformacji, jak również, opracowaną dla potrzeb modułu, nową metodę wieloetapową(hierarchiczną). Moduł wizualizacji służy do graficznej prezentacji otrzymywanych wyników zarówno na płaszczyźnie, jak i w przestrzeni trójwymiarowej. Wyniki Wykorzystania przybornika do oceny zmian zachodzących w twarzowej części czaszki zilustrowano dla przykładowego pacjenta z zesztywnieniem stawów żuchwowo-skroniowych.

Słowa kluczowe

EN

X-ray imaging; quantitative deformation analysis; longitudinal analysis of deformation

• Wydawca: Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Archiwum Informatyki Teoretycznej i Stosowanej
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 15, z. 4
• Strony: 323--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Tomaka A.

• Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Luchowski L.

• Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] A. Tomaka A.: Wybrane aspekty implementacji analizy wzrostu twarzo - czaszki metodą tensorów (Selected implementation aspects of tensor-based craniofacial growth analysis), in Polish, Monografia konferencyjna TIM'98 ISBN 83-909518-0-0.
• [2] Tomaka A., Mrózek A.: Komputerowe metody pomiaru deformacji twarzo-czaszki na podstawie sekwencji tele radiogramów (Computer methods of measurement of cranio-facial deformation based on a sequence of teleradiograms), in Polish, II Krajowa Konferencja: Metody i systemy komputerowe w badaniach naukowych i projektowaniu inżynierskim, Kraków 1999.
• [3] M. Pawelczyk, L. Luchowski and A. Pisulska-Otremba: Porównanie metody półautomatycznej i automatycznej komputerowej analizy teleradiogramów w zastosowaniu do pomiarów nosogardła u dzieci z rozszczepami podniebienia. (Comparison of semi-automatic and automatic method of computer teleradiogram analysis as applied to nasopharynx measurements in children with split palate). In Polish, Ogólnopolska Konferencja Naukowa - Współczesna Diagnostyka Radiologiczna Części Twarzowej Czaszki. Opole, 1991.
• [4] B. Grayson, C. B. Cutting, F. L, Bookstein, H. Kim, and J. G. McCarthy, The three-dimensional cephalogram: theory, technique, and clinical application, AJODO American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Vol. 94, pp. 327-337, 1988.
• [5] A. Tomaka. Detekcja i opis deformacji struktur na podstawie sekwencji obrazów cyfrowych (Digital image sequence-based, deformation detection and description). Ph.D. thesis, Silesian University of Technology. 2001.
• [6] I. L. Dryden.K. V. Mardia, Statistical Shape Analysis, John Wiley and Sons, 1998.
• [7] K. Submaranyan and D. Dean, A procedure to average 3D anatomical structures, Medical Image Analysis, Vol. 4, pp. 317-334, 2000.
• [8] F. L. Bookstein, A hundred years of morphometries, Acta Zoologica 5th International Congress of Systematic and Evolutionary Biology, Budapest, 1996.
• [9] C. Goodall, Procrustes Method in the Statistical Analysis of Shape, Journal of the Royal Statistical Society, Series B, Vol. 53, no .2, pp. 285-339, 1991.
• [10] T. J. Hughes, The finite element method. Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. Prentice-Hall International, Icn., 1987.
• [11] F. L. Bookstein, On the cephalometrics of skeletal change, American Journal of Orthodontics. 82 pp. 177-198, 1982.
• [12] F. L. Bookstein. Tensor biometrics for changes in cranial shape, Annals of Human Biology, Vol. 11, no. 5, pp. 413-437, 1984.
• [13] S. Gołąb, Rachunek tensorowy (Tensorial Calculus), PWN. Warszawa 1956 (in Polish).
• [14| O. Faugeras, Three-Dunensional Computer Vision - a Geometric Viewpoint, MIT Press, Cambridge. 1999.
• [15] A. Pisulska-Otremba. Analiza morfologii twarzowej czesci czaszki u pacjentów z zesztywnieniem stawów skroniowo - żuchwowych metoda tensorow (Analysis of craniofacial morphology in patients with temporo-mandibular joint ankylosis: the tensor method) In Polish, Monografia konferencyjna TIM'98 ISBN 83-909518-0-0.
• [16] F. L. Bookstein, Principal Warps: Thin-Plate Splines and the Decomposition of Deformations, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 11, no. 6. pp. 567-585, 1989.