Automated construction of surface geometries of cardiac structures from volumetric medical images is important for a number of clinical applications. While deep-learning-based approaches have demonstrated promising reconstruction precision, these approaches have mostly focused on voxel-wise segmentation followed by surface reconstruction and post-processing techniques. However, such approaches suffer from a number of limitations including disconnected regions or incorrect surface topology due to erroneous segmentation and stair-case artifacts due to limited segmentation resolution. We propose a novel deep-learning-based approach that directly predicts whole heart surface meshes from volumetric CT and MR image data. Our approach leverages a graph convolutional neural network to predict deformation on mesh vertices from a pre-defined mesh template to reconstruct multiple anatomical structures in a 3D image volume. Our method demonstrated promising performance of generating whole heart reconstructions with as good or better accuracy than prior deep-learning-based methods on both CT and MR data. Furthermore, by deforming a template mesh, our method can generate whole heart geometries with better anatomical consistency and produce high-resolution geometries from lower resolution input image data. Our method was also able to produce temporally consistent surface mesh predictions for heart motion from CT or MR cine sequences, and therefore can potentially be applied for efficiently constructing 4D whole heart dynamics. Our code and pre-trained networks are available at https://github.com/fkong7/MeshDeformNet


翻译:从体积医学图像中自动构造心脏结构的表面地貌对许多临床应用很重要。虽然深学习方法显示重建精确度很有希望,但这些方法大多侧重于对异异异异异学的分解,然后是地表重建和后处理技术。然而,由于分解分辨率有限,造成偏离区域或不正确的表层地形学,因此这些方法存在许多局限性,包括断开区域或不正确的表层地形学;我们提议了一种基于深学习的新方法,直接预测从体积CT和MR图像数据得出的整个心脏表层 meshes。我们的方法利用了一个图象变异神经网络,从一个预定义的网状模板预测网状螺旋的变形,以重建3D图像体积中的多个解剖结构。我们的方法显示,在CT和MRM数据方面,以优或更精确的方法生成了整个心脏表层的全方位图象。我们从解剖面图解的一致性和高分辨率的网络,也可以在低分辨率输入的图像序列中产生高分辨率的地心形结构。因此,我们可以将数据用于整个流流流流成。

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