Correctly capturing intraoperative brain shift in image-guided neurosurgical procedures is a critical task for aligning preoperative data with intraoperative geometry for ensuring accurate surgical navigation. While the finite element method (FEM) is a proven technique to effectively approximate soft tissue deformation through biomechanical formulations, their degree of success boils down to a trade-off between accuracy and speed. To circumvent this problem, the most recent works in this domain have proposed leveraging data-driven models obtained by training various machine learning algorithms -- e.g., random forests, artificial neural networks (ANNs) -- with the results of finite element analysis (FEA) to speed up tissue deformation approximations by prediction. These methods, however, do not account for the structure of the finite element (FE) mesh during training that provides information on node connectivities as well as the distance between them, which can aid with approximating tissue deformation based on the proximity of force load points with the rest of the mesh nodes. Therefore, this work proposes a novel framework, PhysGNN, a data-driven model that approximates the solution of the FEM by leveraging graph neural networks (GNNs), which are capable of accounting for the mesh structural information and inductive learning over unstructured grids and complex topological structures. Empirically, we demonstrate that the proposed architecture, PhysGNN, promises accurate and fast soft tissue deformation approximations, and is competitive with the state-of-the-art (SOTA) algorithms while promising enhanced computational feasibility, therefore suitable for neurosurgical settings.


翻译:正确捕捉成像制神经外科手术中大脑内部变化的操作性大脑在图像制导神经外科程序中的变化是一个关键的任务,将预操作性数据与内操作性几何方法相匹配,以确保精确的外科导航。虽然有限元素方法(FEM)是经实践证明的通过生物机械配方有效接近软组织畸形的技术,但其成功程度归结为精确度和速度之间的权衡。为回避这一问题,该领域最近的工作提议利用通过培训各种机器学习算法 -- -- 例如随机森林、人工神经网络 -- -- 获得的数据驱动模型,以有限元素分析(FEA)的结果来加速通过预测加速组织畸形。不过,这些方法并不说明通过生物机械化配方配方的软组织结构结构结构(FE),在提供无偏差连接性连接和速度的训练期间,它们之间的距离,这可以帮助在与内表节节节节点的其余部分相比,使组织变形模型(Phys-GNNN) -- 和内结构结构结构的升级模型,用来将精度的精度定位定位定位定位定位定位定位定位系统进行。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
70+阅读 · 2022年6月28日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
19+阅读 · 2019年11月23日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月24日
Arxiv
26+阅读 · 2018年2月27日
VIP会员
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
19+阅读 · 2019年11月23日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月24日
Arxiv
26+阅读 · 2018年2月27日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员