Ultrasound simulation with deformable mesh model from a Voxel-based dataset

Ultrasound is a widely used, low-cost imaging modality which plays an important role in clinical diagnosis. Today, technology has developed a lot and it is possible to use computer simulations to train in the medical field. The aim of this work is to explore volume rendering techniques and develop a three-dimensional representation of the human body so that it contains also “internal” texture sampled from the AustinMan dataset. This internal texture is then used to build new images from the intersection of a plane with the body. The power of this concept lies in the fact that is possible to build slices of the body in any orientation, not just horizontal. The body can also be set in different poses and the position of the internal points is recalculated. Regarding voxelizations, two algorithms are presented. The first, very simple, is a voxelization that builds meshes triangulating cubes. It is used to build simple models for the human skin and for every internal layer of the human body. Then, a slightly more complex algorithm, Marching Cubes, is presented. It works creating a polygonal surface mesh from a 3D scalar field by “marching” (looping) through the 3D space and determining each configuration for the given cube. It builds a smoother human skin mesh that, once bone-armored, is used to generate the colliders essential to capture the deformation of single body parts, like hands, arms, feet, etc., that is one main point of this simulation.

L’ecografia a ultrasuoni è uno strumento di analisi medica a costo relativamente basso e largamente utilizzato, ed assume un ruolo di importanza nella diagnosi clinica. Oggi, grazie allo sviluppo della tecnologia, è possibile sviluppare simulazioni a computer per l’addestramento nell’utilizzo. L’obiettivo di questo lavoro è di esplorare le tecniche di rendering volumetrico e di sviluppare una rappresentazione tridimensionale di un corpo umano in modo tale che esso contenga anche una texture interna campionata dal dataset AustinMan. Questa texture interna è utilizzata per creare nuove immagini dall’intersezione di un piano con il corpo. La forza di questo concetto consiste nel fatto che sia possibile creare sezioni del corpo in ogni orientamento, non solo orizzontalmente. Il corpo può essere posizionato in diverse pose e la posizione dei punti interni viene quindi ricalcolata. Riguardo alla voxelizzazione, sono qui presentati due algoritmi. Il primo, molto semplice, implementa una voxelizzazione che crea mesh triangolando cubi. Verrà utilizzato per costruire i modelli del corpo e di ogni tessuto interno. Successivamente, un algoritmo più complesso, Marching Cubes (Cubi Marcianti), è presentato. Esso crea una superficie poligonale da un campo scalare tridimensionale, facendo scorrere un cubo nello spazio, e determinando la configurazione del cubo in ogni luogo. Verrà usato per costruire un modello del corpo più liscio che, una volta armato per la deformazione, sarà usato per generare i collider essenziali a catturare la deformazione delle singole parti del corpo, come mani, braccia, piedi, ecc., che è uno dei principali punti di questa simulazione.