Creating 3D Model of Temporomandibular Joint

Dizertační práce pojednává o 3D rekonstrukci temporomandibulárního kloubu z 2D řezů tkání získané z magnetické rezonance. Současná praxe používá 2D MRI řezů pro určení diagnózy. 3Dmodel má mnoho výhod pro určení diagnózy, které vycházejí ze znalosti prostorové informace. Současná medicína používá 3D modely tkání, ale u tkáně čelistního kloubu existuje problém se segmentací kloubního disku. Tato malá tkáň, která má malý kontrast a velice podobné statistické vlastnosti, jako její okolí, lze jen složitě segmentovat. Pro segmentaci kloubního disku byly vyvinuty nové metody založené na znalosti anatomie oblasti kloubního disku a dále na statistice využívající genetického algoritmu. Soubor 2D řezu má různé rozlišení v osách x,y a ose z. Pro sjednocení rozlišení byl vyvinut algoritmus nadvzorkování, který se snaží zachovat tvarové vlastnosti tkáně. V poslední fázi tvorby 3D modelů bylo využito již standardně používaných metod, avšak tyto metody pro decimaci a vyhlazení mají různé možnosti nastavení (počet polygonů modelu, počet iterací algoritmu). Protože výsledkem práce je získání co nejvěrnějšího modelu reálné tkáně, bylo nutné vytvořit objektivní metody, pomocí kterých by bylo možné nastavit algoritmy tak, aby bylo dosaženo co nejlepšího kompromisu mezi mírou zkreslení a dosažením věrohodnosti modelu.The dissertation thesis deals with 3D reconstruction of the temporomandibular joint from 2D slices of tissue obtained by magnetic resonance. The current practice uses 2D MRI slices in diagnosing. 3D models have many advantages for the diagnosis, which are based on the knowledge of spatial information. Contemporary medicine uses 3D models of tissues, but with the temporomandibular joint tissues there is a problem with segmenting the articular disc. This small tissue, which has a low contrast and very similar statistical characteristics to its neighborhood, is very complicated to segment. For the segmentation of the articular disk new methods were developed based on the knowledge of the anatomy of the joint area of the disk and on the genetic-algorithm-based statistics. A set of 2D slices has different resolutions in the x-, y- and z-axes. An up-sampling algorithm, which seeks to preserve the shape properties of the tissue was developed to unify the resolutions in the axes. In the last phase of creating 3D models standard methods were used, but these methods for smoothing and decimating have different settings (number of polygons in the model, the number of iterations of the algorithm). As the aim of this thesis is to obtain the most precise model possible of the real tissue, it was necessary to establish an objective method by which it would be possible to set the algorithms so as to achieve the best compromise between the distortion and the model credibility achieve.