Learning soft tissue deformation from incremental simulations

有限元法 计算机科学 计算 人工智能 运动学 趋同(经济学) 算法 机器学习 模拟 工程类 经济增长 结构工程 经典力学 物理 经济
作者
Nathan Lampen,Daeseung Kim,Xuanang Xu,Xi Fang,Jungwook Lee,Tianshu Kuang,Han Deng,Michael A. K. Liebschner,Jaime Gateño,Pingkun Yan
出处
期刊:Medical Physics [Wiley]
卷期号:52 (3): 1914-1925
标识
DOI:10.1002/mp.17554
摘要

Abstract Background Surgical planning for orthognathic procedures demands swift and accurate biomechanical modeling of facial soft tissues. Efficient simulations are vital in the clinical pipeline, as surgeons may iterate through multiple plans. Biomechanical simulations typically use the finite element method (FEM). Prior works divide FEM simulations into increments to enhance convergence and accuracy. However, this practice elongates simulation time, thereby impeding clinical integration. To accelerate simulations, deep learning (DL) models have been explored. Yet, previous efforts either perform simulations in a single step or neglect the temporal aspects in incremental simulations. Purpose This study investigates the use of spatiotemporal incremental modeling for biomechanics simulations of facial soft tissue. Methods We implement the method using a graph neural network. Our method synergizes spatial features with temporal aggregation using DL networks trained on incremental FEM simulations from 17 subjects that underwent orthognathic surgery. Results Our proposed spatiotemporal incremental method achieved a mean accuracy of 0.37 mm with a mean computation time of 1.52 s. In comparison, a spatial‐only incremental method yielded a mean accuracy of 0.44 mm and a mean computation time of 1.60 s, while a spatial‐only single‐step method yielded a mean accuracy of 0.41 mm and a mean computation time of 0.05 s. Conclusions Statistical analysis demonstrated that the spatiotemporal incremental method reduced mean errors compared to the spatial‐only incremental method, emphasizing the importance of incorporating temporal information in incremental simulations. Overall, we successfully implemented spatiotemporal incremental learning tailored to simulate soft tissue deformation while substantially reducing simulation time compared to FEM.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Hello应助sunrise采纳,获得10
1秒前
2秒前
高高大神发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
derlisha应助huangxb采纳,获得10
2秒前
3秒前
夏末发布了新的文献求助10
3秒前
调皮无春发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
XXXXX发布了新的文献求助10
4秒前
jyz完成签到,获得积分10
4秒前
wx完成签到,获得积分10
5秒前
111完成签到,获得积分10
5秒前
xue完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
_是小满发布了新的文献求助10
7秒前
领导范儿应助Jiafeimao采纳,获得10
9秒前
ddddd发布了新的文献求助10
9秒前
xue发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
Lilsong发布了新的文献求助10
10秒前
务实天空完成签到,获得积分10
11秒前
椎名hirofumi完成签到 ,获得积分10
11秒前
李健应助王小小采纳,获得10
12秒前
白白发布了新的文献求助10
12秒前
N1neDDDD完成签到,获得积分10
12秒前
包包发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
张张zzz完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
sixseven完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
15秒前
hihihihihi完成签到 ,获得积分10
15秒前
15秒前
YCH_mem完成签到,获得积分10
15秒前
天天快乐应助微笑尔烟采纳,获得10
16秒前
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 2000
Burger's Medicinal Chemistry, Drug Discovery and Development, Volumes 1 - 8, 8 Volume Set, 8th Edition 1800
Cronologia da história de Macau 1600
文献PREDICTION EQUATIONS FOR SHIPS' TURNING CIRCLES或期刊Transactions of the North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders第95卷 1000
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 细胞生物学 基因 电极 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6149144
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7975878
关于积分的说明 16571415
捐赠科研通 5259300
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2808164
邀请新用户注册赠送积分活动 1788468
关于科研通互助平台的介绍 1656789