Simulating facial appearance change following bony movement is a critical step in orthognathic surgical planning for patients with jaw deformities. Conventional biomechanics-based methods such as the finite-element method (FEM) are labor intensive and computationally inefficient. Deep learning-based approaches can be promising alternatives due to their high computational efficiency and strong modeling capability. However, the existing deep learning-based method ignores the physical correspondence between facial soft tissue and bony segments and thus is significantly less accurate compared to FEM. In this work, we propose an Attentive Correspondence assisted Movement Transformation network (ACMT-Net) to estimate the facial appearance by transforming the bony movement to facial soft tissue through a point-to-point attentive correspondence matrix. Experimental results on patients with jaw deformity show that our proposed method can achieve comparable facial change prediction accuracy compared with the state-of-the-art FEM-based approach with significantly improved computational efficiency.


翻译:在骨骼运动后,模拟面部外观变化是脑部畸形病人整形手术规划的关键步骤。 以常规生物机械为基础的方法,如有限元素法(FEM)是劳动密集型和计算效率低的。 深层学习方法由于其计算效率和很强的建模能力,可以成为有希望的替代方法。 但是,现有的深层学习方法忽视了面部软组织和骨骼部分之间的物理对应,因此与FEM相比,其准确性要低得多。 在这项工作中,我们提议建立一个以加速通信辅助运动改造网络(ACMT-Net),通过一个点对点的注意通信矩阵将骨骼运动转化为面部软组织来估计面部面部外观的外观。 对下巴畸形病人的实验结果显示,我们提出的方法可以实现与最先进的FEM方法相比较的面部变化预测准确性,并大大提高计算效率。

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