Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Περιγραφή:
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Παναγιώτη Κουλούντζιου με θέμα “Ανακατασκευή και γραφική μοντελοποίηση αορτής από εικόνες MRI” “Reconstruction and graphical modeling of aorta from MRI” Εξεταστική Επιτροπή Καθηγητής Μιχαήλ Ζερβάκης (ΗΜΜΥ) (επιβλέπων) Καθηγητής Γεώργιος Σταυρουλάκης (ΜΠΔ) Επίκουρος Καθηγητής Βασίλειος Σαμολαδάς (ΗΜΜΥ) Περίληψη Τα καρδιαγγειακά νοσήματα σήμερα αποτελούν μεγάλο ιατρικό, αλλά και κοινωνικό πρόβλημα, καθώς κατέχουν την πρώτη θέση στις αιτίες θανάτου τόσο στην Ευρώπη, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Μέχρι στιγμής οι απεικονιστικές μέθοδοι και οι ραγδαία ανάπτυξη αυτών την προηγούμενη περίοδο έχουν φέρει πολλαπλά οφέλη για την εντόπιση και τη διάγνωση πολλών καρδιοαγγειακών ασθενειών (αθηροσκλήρωση, ανεύρυσμα, θρομβώσεις). Οι εφαρμογές του μαγνητικού τομογράφου αποτελούν παράδειγμα τέτοιων μεθόδων, οι οποίες επεξεργάζονται τις απεικονιστικές ακολουθίες και ανασυνθέτουν την πληροφορία στις τρεις διαστάσεις χρησιμοποιώντας αδόμητα δίκτυα γεωμετρίας καθώς τα μοντέλα που ανακατασκευάζουν προορίζονται μόνο για απεικόνιση. Παρ’ όλα αυτά, μετά από ενδελεχή μελέτη της σχετικής βιβλιογραφίας, εντοπίζεται μεγάλη ανάγκη προσομοίωσης της γεωμετρίας με δομημένα πλέγματα ώστε να μπορεί να αξιοποιηθεί από ειδικές μηχανικές αναλύσεις. Σε αυτή την κατεύθυνση γίνονται προσπάθειες να συνδεθούν τα πεδία της ιατρικής τρισδιάστατης απεικόνισης με αυτά της υπολογιστικής σχεδίασης (CAD) και της υπολογιστικής ανάλυσης (CAE) με στόχο την εμβιομηχανική ανάλυση με μεθόδους υπολογιστικής μηχανικής. Η παρούσα διπλωματική πρόταση πραγματεύεται την αυτοματοποιημένη τρισδιάστατη ανακατασκευή της ανθρώπινης θωρακικής αορτής από τα ιατρικά απεικονιστικά δεδομένα μαγνητικού ή αξονικού τομογράφου και την μοντελοποίηση της με τέτοια γεωμετρία ώστε να μπορεί τα καταστεί δυνατή η εμβιο-μηχανική ανάλυση του οργάνου. Έχει γίνει χρήση εξειδικευμένων μεθόδων επεξεργασίας ιατρικών εικόνων ώστε να μπορέσουμε να εντοπίσουμε και να απομονώσουμε την κοιλότητα της αορτής και να εντοπιστεί το εξωτερικό τοίχωμα της μεγάλης αρτηρίας. Έπειτα κάνοντας χρήση μεθόδων τρισδιάστατης ανακατασκευής από ιατρικές εικόνες δημιουργούμε το αρχικό μοντέλο. Τέλος αξιοποιώντας τεχνικές υπολογιστικής γεωμετρίας στοχεύουμε τη δημιουργία του τελικού αξιόπιστου μοντέλου με δομημένο δίκτυο γεωμετρίας. Χρησιμοποιούμε για την τρισδιάστατη ανακατασκευή NURBS επιφάνειες, οι οποίες μας επιτρέπουν την πιο πιστή αναπαράσταση ως προς το φυσικό μοντέλο. Το NURBS μοντέλο που κατασκευάζουμε είναι και το κατάλληλο μοντέλο προς αξιοποίηση από τις μεθόδους ανάλυσης, για τις οποίες προορίζεται η εφαρμογή μας (Πεπερασμένα Στοιχεία, Ισογεωμετρική ανάλυση). Στόχος των μεθόδων ανάλυσης είναι ο υπολογισμός των ίδιων μεγεθών και συγκεκριμένα του πεδίου των μετατοπίσεων (displacement field), των ανοιγμένων παραμορφώσεων (strain field) και των τάσεων (stress field) των τοιχωμάτων της αορτής. Abstract This thesis was motivated by the need for both quick and accurate computer-aided measurement of human organs, which is vital for an early medical diagnosis. It deals with the thoracic aorta, whose abnormalities are often related to cardiovascular diseases. Also, it presents an innovative approach for semi-automated reconstruction and NURBS-based simulation, which has been applied on real patient data sets. We developed a basic pipeline, which starts with processing MRI DICOM files from the thoracic region. In the first stage, image processing techniques have been used to enhance the quality of the images and then the tracking of the aortic cross-sections’ boundaries ends up to the corresponding point cloud. Based on this cloud, a reverse engineering method generates Non-Uniform Rational B-SPLine (NURBS) surfaces. This is accomplished by fitting cubic B-SPLines to the cross-sections, which generate the 2D NURBS model, means the outer surface of the aorta. Our methodology was tested and evaluated on real MRI data from three different patients and the results indicate good potential for semi or even automated development of a personalized aortic model.