Physics-Based Deep Neural Network for Augmented Reality During Liver Surgery

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作者
Jean-Nicolas Brunet,Andrea Mendizábal,Antoine Petit,Nicolas Golse,Éric Vibert,Stéphane Cotin
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 137-145 被引量:21
标识
DOI:10.1007/978-3-030-32254-0_16
摘要

In this paper we present an approach combining a finite element method and a deep neural network to learn complex elastic deformations with the objective of providing augmented reality during hepatic surgery. Derived from the U-Net architecture, our network is built entirely from physically-based simulations of a preoperative segmentation of the organ. These simulations are performed using an immersed-boundary method, which offers several numerical and practical benefits, such as not requiring boundary-conforming volume elements. We perform a quantitative assessment of the method using synthetic and ex vivo patient data. Results show that the network is capable of solving the deformed state of the organ using only a sparse partial surface displacement data and achieve similar accuracy as a FEM solution, while being about 100 $$\times $$ faster. When applied to an ex vivo liver example, we achieve the registration in only 3 ms with a mean target registration error (TRE) of 2.9 mm.
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