Naukowcy opracowali gęstą metodę mapowania głębokości tkanki twarzy na potrzeby zbierania danych 3D

Powiązanie punktów orientacyjnych kości i skóry, niezależnie od konkretnej metody obrazowania, w tego rodzaju punktowych metodach gromadzenia danych jest często niejasne i niedokładne, nawet przy pomocy nowoczesnego obrazowania medycznego. Według grupy badaczy z Virginia Commonwealth University, która ma doświadczenie w korzystaniu z druku 3D do zastosowań antropologicznych i Arizona State University, dopóki nie będziemy w stanie określić ilościowo i ustalić spójnych zależności między punktami skóry i kości, niezależnie od kierunku pomiaru, nie ulegnie poprawie.

Naukowcy opublikowali artykuł zatytułowany "Narzędzia open-source do gęstego mapowania głębokich tkanek twarzy (FTDM) modeli tomografii komputerowej", który wyjaśnia ich metodę mapowania głębokiej tkanki twarzy (FDTM ), które pozwolą pozbyć się kilku źródeł błędów w ręcznych metodach zbierania punktów, a także uzyskać ilościowe dane dotyczące skóry i kości w prostym, interaktywnym formacie wizualnym.

Streszczenie brzmi: "W niniejszym dokumencie opisano narzędzia do generowania map głębokich tkanek twarzy (FTDM) przy użyciu zdeklarowanych skanów CT głowy współczesnych Amerykanów z publicznego repozytorium, The Cancer Imaging Archives (TCIA) i open-sou Program rce Meshlab. Tomografia komputerowa 43 kobiet i 63 mężczyzn z TCIA zostały podzielone na segmenty i przekonwertowane na modele czaszki i twarzy 3D przy użyciu Mimics i wyeksportowane jako pliki stereolitograficzne (STL). Wszystkie kolejne etapy przetwarzania zostały wykonane w Meshlab. Głowice zostały przekształcone do wspólnego układu współrzędnych i współrzędnych za pomocą współrzędnych nasion, lewego orbita, oraz lewej i prawej porcji. Gęste FTDM zostały wygenerowane na wydrążonych, przyciętych skorupach twarzy za pomocą filtra do próbkowania Hausdorffa. Dwie nowe chmury punktów składające się ze współrzędnych 3D dla czaszki i twarzy zostały pokolorowane na skali RGB od 0,0 (czerwony) do 40,0 mm (niebieski) wartości głębokości i wyeksportowane jako modele formatu pliku wielokątów (PLY) z wartościami głębokości tkanki zapisanymi w Pole "jakość wierzchołków". FTDM podzielono również na przyrosty co 1,0 mm, aby ułatwić oglądanie wspólnych głębokości na wszystkich powierzchniach. W sumie wygenerowano 112 FTDM dla 106 osób. Minimalne wartości głębokości mieściły się w zakresie od 1,2 mm do 3,4 mm, wskazując powszechny zakres początkowych głębokości dla większości ścian bez względu na wagę, a także wspólne położenia dla tych wartości w stosunku do kości nosowych, bocznych krawędzi orbitalnych i czoła przewyższającego granicę nadoczodołową. Maksymalne głębokości znaleziono w okolicy policzka i szyi, z wyjątkiem nosa.Osoby z wieloma skanami o wyraźnie różnych masach prezentowały największe różnice w większych obszarach głębokości, takich jak policzki i szyja, z niewielką różnicą w najcieńszych obszarach. Kilka osób z minimalnymi głębokościami tkankowymi na bocznych krawędziach orbitalnych i grubszymi tkankami nad kościami nosowymi (> 3,0 mm) sugerowało potencjalny wpływ morfologii kości nosa na głębokości tkanek. W ramach tego badania uzyskano wizualne ilościowe reprezentacje twarzy i czaszki do celów sądowych badań i praktyk związanych z przybliżaniem twarzy, które można dalej analizować lub wykorzystywać w wolnym oprogramowaniu. Prezentowane narzędzia mogą być stosowane do wcześniejszych skanów TK, tradycyjnych lub stożkowych, osób dorosłych lub subadultów, z lub bez punktów orientacyjnych, i niezależnie od orientacji głowy, do zastosowań kryminalistycznych, a także do badań zmian twarzy i wzrostu twarzy. "

Ta metoda była w stanie wygenerować punkty twarzy i czaszki oparte na zależnościach geometrycznych, które można replikować, które dają kilka czytelnych danych wyjściowych. Naukowcy wykorzystali metodę FTDM do stwierdzenia, że ​​pięć osób w zbiorze danych miało wiele skanów CT wykazujących różne wagi.

"Ta metoda wytwarza współrzędne 3D dla punktów kości i skóry, niezależnie od orientacji TK, wykorzystując swobodnie dostępne oprogramowanie i może być stosowane do dowolnych modeli głowic 3D (o ile modele czaszek i twarzy są we właściwej anatomicznej orientacji względem siebie, modele generowane z tego samego TK będą) - napisali naukowcy. "Publikacja tej metody i zestawu narzędzi może ułatwić współpracę między badaczami medycyny sądowej i praktykami w celu opracowania znormalizowanej, dostępnej referencyjnej bazy danych do identyfikacji czaszkowo-twarzowej."

Badanie to jest częścią większego wysiłku w celu wykorzystania publicznie dostępnych , zidentyfikowali głowy tomografii komputerowej z The Cancer Imaging Archive (TCIA), aby zbadać związek między kością a skórą dla zastosowań w identyfikacji czaszkowo-twarzowej.

"Niezależnie od metod stosowanych do zbierania głębi tkanek twarzy, zawsze były wewnętrznymi ograniczeniami zarówno pod względem dokładności, jak i odtwarzalności danych, głównie z powodu wielokrotnych możliwości błędu obserwatora "- napisali naukowcy.

" Inne grupy ostrzegają, że zbiór danych FSTD w tomografii komputerowej ma pewną liczbę potencjalne źródła błędów i że jak najwięcej z nich powinno być zminimalizowanych (Caple i wsp. 2016). Przedstawiona tutaj metoda eliminujekilka źródeł błędów, w tym wpływ pozycji głowy i ręczna identyfikacja punktów orientacyjnych. "

Ta gęsta metoda generowania FTDM pozwoli badaczom szybko wygenerować podstawowe dane dla badań CT głowy, które mogą uzupełnić inne metody zbliżania twarzy .

"W porównaniu do innych wysiłków zmierzających do wytworzenia gęstych FTDM, przepływ pracy opisany tutaj wykorzystuje dostępne, otwarte narzędzia do generowania i interakcji z FTDM i wytwarza współrzędne punktów kości, które są najbliżej próbki punkty skórne. Takie mapowanie pozwala na bardziej wszechstronne podejście do oglądania konturów głębokości tkanki w obrębie jednej osoby i pomiędzy osobnikami i może potencjalnie ujawnić bardziej informatywne obszary głębokości tkanki dla metod przybliżania twarzy ", stwierdzili naukowcy.

Może to prowadzić do nowych obszary badań rekonstrukcji twarzy powinny pomóc CMF i innym dyscyplinom chirurgicznym i prowadzić do identyfikacji osób zaginionych na całym świecie.