Original title: Application, analysis and evaluation of a novel medical image annotation and segmentation tools
Translated title: Application, analysis and evaluation of a novel medical image annotation and segmentation tools
Authors: Sucháček, Jan ; Paštěka, Richard (referee) ; Dr.Benjamin Ramberger, MSc. BSc. BSc. (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2024
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Tato práce se zabývá vytvářením 3D modelů horních cest dýchacích člověka na základě CT snímků, aby se zlepšilo porozumění složitým anatomickým detailům horních cest dýchacích, pomohlo odhalit patologické změny a usnadnilo terapeutické rozhodování. Tyto modely rovněž umožňují simulaci a hodnocení charakteristik proudění vzduchu v horních cestách dýchacích člověka. K vytvoření těchto 3D modelů byly použity dvě anotační a tři segmentační metody na souboru dat šesti CT snímků pacientů. Pro všechny výsledné 3D modely byly vypočteny různé metriky, jako je počet trojúhelníků, plocha povrchu, objem, objem průsečíku modelů, Diceův koeficient a vzdálenost mezi modely, aby bylo možné modely charakterizovat a metody porovnat. Byla provedena podrobná analýza zaměřená na čtyři anatomické části: nosní dutinu s dutinami, hltan, hrtan a průdušnici. Kromě toho byla na jednom modelu provedena simulace výpočetní dynamiky tekutin (CFD) pro analýzu proudění vzduchu v horních cestách dýchacích během dýchání. Tato simulace umožnila nahlédnout do dynamiky proudění vzduchu v horních cestách dýchacích a potenciálně snížit potřebu invazivních vyšetření. Výsledky této práce ukazují potenciál 3D modelů horních cest dýchacích pro zlepšení přesnosti diagnostiky, plánování léčby a výsledků léčby pacientů v respiračním lékařství. This thesis explores the creation of 3D models of the human upper airways from CT scans to enhance the understanding of complex anatomical details of the upper airways, assist in detecting pathological changes, and facilitate therapeutic decision-making. These models also enable simulation and assessment of airflow characteristics within the human upper airways. To generate these 3D models, two annotation and three segmentation methods were employed on a dataset of six patient CT scans. Various metrics, such as the number of triangles, surface area, volume, model intersection volume, Dice coefficient, and modelto-model distance, were calculated for all resulting 3D models to characterize the models and compare the methods. A detailed analysis focused on four anatomical parts: the nasal cavity with sinuses, pharynx, larynx, and trachea, was performed. Additionally, a computational fluid dynamics (CFD) simulation was conducted on one model to analyze airflow in the upper airways during breathing. This simulation provided insights into airflow dynamics inside the upper airways, potentially reducing the need for invasive examinations. The findings of this thesis demonstrate the potential of 3D upper airway models to improve diagnostic accuracy, treatment planning, and patient outcomes in respiratory medicine.and compare the methods. A detailed analysis focused on four anatomical parts: the nasal cavity with sinuses, pharynx, larynx, and trachea, was performed. Additionally, a computational fluid dynamics (CFD) simulation was conducted on one model to analyze airflow in the upper airways during breathing. This simulation provided insights into airflow dynamics inside the upper airways, potentially reducing the need for invasive examinations. The findings of this thesis demonstrate the potential of 3D upper airway models to improve diagnostic accuracy, treatment planning, and patient outcomes in respiratory medicine.
Keywords: 3D Upper Airway Models; Computational Fluid Dynamics (CFD); CT Scans; Image Annotation; Image Segmentation; 3D modely horních cest dýchacích; anotace obrazu; CT snímky; segmentace obrazu; výpočetní dynamika tekutin (CFD)

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/249186

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-622484


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses