Research of New Medical Volume Visualization Methods: Application in the Kidney Preoperative Planning System - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2008

Research of New Medical Volume Visualization Methods: Application in the Kidney Preoperative Planning System

Méthodologies de visualisation 3D en imagerie médicale

Abstract

This dissertation focuses on the main elements of a scientific visualization tool and takes a kidney preoperative information review system as a special application example to introduce the corresponding algorithms. Our research work followed the essential stages of the design of the kidney visualization system: registration, segmentation and visualization.
The CT uroscan consists of three to four time spaced 3D acquisitions, which give complementary information about the kidney anatomy. In order to bring these acquisitions into spatial alignment, a kidney centered registration method which is realized by local mutual information maximization is proposed. In order to illustrate the information contained in the spatial aligned volume, an acquisition level intermixing method is proposed, which intermix the several component volumes at the earliest stage. The first step for the acquisition level intermixing is a vectorial volume classification. We proposed a neighborhood weighted Gaussian mixture model, which involves the spatial information into the classification process. Then, several possible rendering techniques that can be adapted to this situation are presented and compared. For surface based volume visualization methods, mesh simplification is a usual way to improve rendering speed. The simplification metric is a key issue of a simplification algorithm. Two new mesh simplification metrics are proposed. They are based on surface moments and volume moments respectively.
Although these algorithms are introduced in the framework of the kidney visualization system, they are not limited to this system and can also be adapted to other applications.
Ce mémoire de Thèse se focalise sur certains des problèmes non résolus en visualisation scientifique. Plus particulièrement nous avons pris une problématique médicale bien spécifique, la chirurgie conservatrice des tumeurs rénales, comme cadre applicatif pour l'élaboration de nouvelles solutions incluant des techniques de recalage de données, de segmentation et de visualisation 3D.
L'uroscan fournit 3 à 4 volumes présentant une information complémentaire sur l'anatomie rénale. La première étape consiste à mettre en correspondance ces différents volumes par une technique de recalage rigide du volume rénal basée sur la maximisation locale de l'information mutuelle.
L'idée principale de ce mémoire de Thèse est de proposer une visualisation de l'anatomie rénale directement à partir de ces données fusionnées. Pour cela, une technique de classification statistique des données basée sur une modélisation de la distribution des valeurs par un mélange de Gaussiennes incluant une information spatiale a été développée. Différentes techniques de visualisation 3D ont ensuite été adaptées à la représentation de cette information et comparées entre-elles.
Les techniques de représentation de surfaces peuvent être accélérées par des procédures de simplifications de maillages. Dans ce cadre, nous avons proposé deux métriques de description de la surface basées sur les moments géométriques et pouvant être incluses dans une telle procédure.
Ces différentes solutions, même si elles ont été développées dans le cadre de la représentation des structures anatomiques rénale, sont suffisamment génériques pour être utilisées ou adaptées à d'autres organes ou à d'autres applications médicales.
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Dates and versions

tel-00355629 , version 1 (23-01-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00355629 , version 1

Cite

Hui Tang. Research of New Medical Volume Visualization Methods: Application in the Kidney Preoperative Planning System. Signal and Image processing. Université Rennes 1, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00355629⟩
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