Dynamic MRI may capture temporal anatomical changes in soft tissue organs with high contrast but the obtained sequences usually suffer from limited volume coverage which makes the high resolution reconstruction of organ shape trajectories a major challenge in temporal studies. Because of the variability of abdominal organ shapes across time and subjects, the objective of this study is to go towards 3D dense velocity measurements to fully cover the entire surface and to extract meaningful features characterizing the observed organ deformations and enabling clinical action or decision. We present a pipeline for characterization of bladder surface dynamics during deep respiratory movements. For a compact shape representation, the reconstructed temporal volumes were first used to establish subject-specific dynamical 4D mesh sequences using the LDDMM framework. Then, we performed a statistical characterization of organ dynamics from mechanical parameters such as mesh elongations and distortions. Since we refer to organs as non flat surfaces, we have also used the mean curvature changes as metric to quantify surface evolution. However, the numerical computation of curvature is strongly dependant on the surface parameterization. To cope with this dependency, we employed a new method for surface deformation analysis. Independent of parameterization and minimizing the length of the geodesic curves, it stretches smoothly the surface curves towards a sphere by minimizing a Dirichlet energy. An Eulerian PDE approach is used to derive a shape descriptor from the curve-shortening flow. Intercorrelations between individual motion patterns are computed using the Laplace Beltrami operator eigenfunctions for spherical mapping. Application to extracting characterization correlation curves for locally controlled simulated shape trajectories demonstrates the stability of the proposed shape descriptor.


翻译:动态 MRI 可能捕捉软组织器官的表面解剖变化,对比度较高,但获得的序列通常会受到数量范围有限的影响,使器官形状轨迹的高分辨率重建成为时间研究的一大挑战。由于器官形状在时间和主题上的变异性,本研究的目标是进行三维密集速度测量,以充分覆盖整个表面,并提取有意义的特征,以显示观察到的器官畸形和临床动作或决定的特性。我们为深呼吸运动期间膀胱表面动态的定性提供了一条管道。对于压缩形状的表示,经过重建的时间量首先用于利用LDDMM 框架建立特定对象的动态4D网形序列。然后,我们从结构变形形状(例如网状延缩和扭曲)中对器官动态进行了统计性定性。由于我们把器官称为非固定表面表面,我们还使用平均值的曲解变曲线作为测量表变的度。然而,曲线的数值计算方法非常取决于表面参数化。为了应对这一依赖性,我们使用了一种从地表变曲线流到地表变变变变的新方法。

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