Computational Anatomy Modeling of Abdominal Organs and Musculoskeletal Structures

67 Pages·2014·14.09 MB·English

Symposium on Statistical Shape Models & Applications
Delémont, Switzerland
June 11‐13, 2014 
Computational Anatomy Modeling 
of Abdominal Organs and 
Musculoskeletal Structures
Yoshinobu Sato
Graduate School of Information Science
Nara Institute of Science and Technology (NAIST)
Japan
Imaging-based
Computational
Biomedicine Lab
NAIST
Kyoto
Nara Institute of Science 
and Technology
Information Science
Osaka University
Material Science
Biological Science
NAIST
Tokyo
Osaka
Nara
Statistical Shape Models (SSMs) & 
Applications in this talk
Abdominal Organs 
PLSR prediction‐based conditional SSMs  & probabilistic atlas
Implants & Host Bones
SSM & statistical distance maps 
Hierarchical SSM
Musculoskeletal Structures
Conditional SSM
Muscles
Non‐conditional Conditional
Outline
• Our computational anatomy project: 
Overview
• Anatomy modeling
– Abdominal anatomy
– Musculoskeletal anatomy
– Whole‐body anatomy
• Therapeutic modeling
– Surgeon’s expertise modeling 
• Artificial joint surgery (Total Hip 
Arthroplasty: THA)
Outline
• Our computational anatomy project: 
Overview
• Anatomy modeling
– Abdominal anatomy
– Musculoskeletal anatomy
– Whole‐body anatomy
• Therapeutic modeling
– Surgeon’s expertise modeling 
• Artificial joint surgery (Total Hip 
Arthroplasty: THA)
MEXT Grant‐in‐aid for Scientific Research, Japan
Computational Anatomy for 
Computer‐Aided Diagnosis and Therapy
Sep 2009 ‐ Mar 2014
Fund: $10 million
Principal Investigator:  Prof. Hidefumi Kobatake
(TUAT: Tokyo University of Agriculture & Technology)
Eight core groups
Basic theories and technologies
Application systems
Clinical evaluations
http://www.comp‐anatomy.org/
Locations of eight core groups
Google search by “computational anatomy”.
The aim was to develop computational anatomy models of the 
human body (especially in torso), which represent  inter‐subject 
variability of anatomy across a population, and their applications.
MEXT Grant‐in‐aid for Scientific Research, Japan
Computational Anatomy for 
Computer‐Aided Diagnosis and Therapy
Sep 2009 ‐ Mar 2014
Fund: $10 million
Principal Investigator:  Prof. Hidefumi Kobatake
(TUAT: Tokyo University of Agriculture & Technology)
Eight core groups
Basic theories and technologies (Tokyo, Osaka, Gifu)
Application systems
Clinical evaluations
http://www.comp‐anatomy.org/
Osaka Univ.
(My former affiliation)
Google search by “computational anatomy”.
One of our goals: 
Complete understanding of whole‐body CT images
Conventional Representation of 
Human Anatomy
• Book Atlas • 3D Digital Atlas
– Detailed illustrations of  – Detailed segmented 3D data of 
typical anatomy a specific subject
VOXEL‐MAN (Univ. Hamburg)
Visible Human 
data (NIH)
Semi‐automated 
segmentation 
Frank H. Netter, Atlas of Human Anatomy
http://www.voxel‐man.de/
They are constructed by Manual Drawing or Semi‐automated Segmentation.
They only show One Typical Example or One Particular Example.
3D Digital Atlas
VOXEL‐MAN (Univ. Hamburg) One Particular Anatomy
Visible Human Data
Semi‐automated 
segmentation 
Reconstructed from Special data with Labor‐intensive efforts
Goal
Patient‐Specific Anatomy
Patient 3D Data 
(equivalent to Visible Human & VOXEL MAN)
Fully‐automated 
segmentation 
From Clinical data as Routine work
VOXEL‐MAN (Univ. Hamburg) One Particular Anatomy
Visible Human Data
Semi‐automated 
segmentation 
Reconstructed from Special data with Labor‐intensive efforts