A 3D multiscale synthetic model of biological tissue for virtual imaging - Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

A 3D multiscale synthetic model of biological tissue for virtual imaging

Un modèle 3D synthétique multi-échelle de tissu biologique pour l'imagerie virtuelle

Résumé

The thesis aims to present a three-dimensional multiscale deformable model to generate a virtual synthetic heart that can be used in research and virtual imaging. The model describes the geometric shapes and features of elementary objects of the heart at various scales. It has a hierarchical structure including five levels crossing from macro- to micro-scale. Each element of the heart has an object-oriented description. All the property parameters for each object are saved in a feature vector. The model is divided into 2 parts: the low-resolution model at Level 1 and the high-resolution model at Levels 2, 3 and 4. By observing the images of realistic heart tissue, basic geometric shape models are built for objects at each level. For more accurate simulation, Free-Form Deformation (FFD) technique is used to deform each object to improve the simulation result. In the low-resolution model, based on Polarized Light Imaging (PLI ) data, surface models of partial Left Ventricle (LV) epicardium and LV endocardium are built using superellipsoid and FFD. In the high-resolution model, basic shapes of cardiomyocytes, bundles of cardiomyocytes and sheetlets are first built. Using FFD, more realistic shapes and deformation during the cardiac cycle are generated. To validate the model, synchrotron data is used to assess the geometric parameters of the myocardial tissue with a parallel-like laminar structure. Using these parameters, virtual myocardial tissue volumes are generated. Virtual imaging is operated on them. Through the comparisons of the tissue orientations in the virtual volume and the reconstructed volume from them under various noise situations, it is validated that the volumes generated by our model have a similar effect to the realistic tissue during the imaging.
Cette thèse a pour but de présenter un modèle déformable multi-échelle tridimensionnel permettant de générer un cœur synthétique virtuel pouvant être utilisé dans la recherche et l'imagerie virtuelle. Le modèle décrit les formes géométriques et les caractéristiques des objets élémentaires du cœur à différentes échelles. Il possède une structure hiérarchique comprenant cinq niveaux passant de la macro- à la micro-échelle. Chaque élément du cœur a une description orientée objet. Tous les paramètres des propriétés de chaque objet sont enregistrés dans un vecteur de caractéristiques. Le modèle est divisé en 2 parties : le modèle à basse résolution au niveau 1 et le modèle à haute résolution aux niveaux 2, 3 et 4. En observant les images de tissus cardiaques réalistes, des modèles de formes géométriques de base sont construits pour les objets de chaque niveau. Pour une simulation plus précise, la technique Déformation Libre (Free-Form Deformation, FFD) est utilisée pour déformer chaque objet afin d'améliorer le résultat de la simulation. Dans le modèle à basse résolution, basé sur les données de l'imagerie par lumière polarisée (ILP), des modèles de surface de l'endocarde et de l'endocarde l'épicarde partiels du ventricule gauche (VG) sont construits à l'aide du superellipsoïde et de la FFD. Dans le modèle haute résolution, les formes de base des cardiomyocytes, des groupes de cardiomyocytes et des feuillet lamellaires de cardiomyocytes sont d'abord construites. En utilisant la FFD, des formes plus réalistes et la déformation pendant le cycle cardiaque sont générées. Pour valider le modèle, des données synchrotron sont utilisées pour évaluer les paramètres géométriques du tissu myocardique avec une structure laminaire parallèle. En utilisant ces paramètres, des volumes virtuels de tissu myocardique sont générés. Une imagerie virtuelle est effectuée sur ces volumes. En comparant les orientations du tissu dans le volume virtuel et le volume reconstruit à partir de celui-ci dans diverses situations de bruit, il est validé que les volumes générés par notre modèle ont un effet similaire à celui du tissu réaliste pendant l'imagerie.
Fichier principal
Vignette du fichier
these.pdf (31.31 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04096323 , version 1 (12-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04096323 , version 1

Citer

Zexian Wang. A 3D multiscale synthetic model of biological tissue for virtual imaging. Signal and Image processing. INSA de Lyon, 2022. English. ⟨NNT : 2022ISAL0114⟩. ⟨tel-04096323⟩
66 Consultations
15 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More