Predicting primate tongue morphology based on geometrical skull matching. A first step towards an application on fossil hominins
Pablo Alvarez
(1)
,
Marouane El Mouss
(2)
,
Maxime Calka
(3, 4)
,
Anca Belme
(2, 5)
,
Gilles Berillon
(6)
,
Pauline Brige
(7, 8)
,
Yohan Payan
(3)
,
Pascal Perrier
(9, 4)
,
Amélie Vialet
(6)
1
MIMESIS -
Computational Anatomy and Simulation for Medicine
2 ISCD - Institut des Sciences du Calcul et des Données
3 TIMC-BIOMÉCA - Biomécanique des Tissus Vivants et des Matériaux – Modélisation et Caractérisation
4 GIPSA-PCMD - GIPSA - Perception, Contrôle, Multimodalité et Dynamiques de la parole
5 DALEMBERT - Institut Jean Le Rond d'Alembert
6 HNHP - Histoire naturelle de l'Homme préhistorique
7 LIIE - Laboratoire d'Imagerie Interventionnelle Expérimentale
8 CERIMED - Centre Européen de Recherche en Imagerie médicale
9 GIPSA-PPC - GIPSA Pôle Parole et Cognition
2 ISCD - Institut des Sciences du Calcul et des Données
3 TIMC-BIOMÉCA - Biomécanique des Tissus Vivants et des Matériaux – Modélisation et Caractérisation
4 GIPSA-PCMD - GIPSA - Perception, Contrôle, Multimodalité et Dynamiques de la parole
5 DALEMBERT - Institut Jean Le Rond d'Alembert
6 HNHP - Histoire naturelle de l'Homme préhistorique
7 LIIE - Laboratoire d'Imagerie Interventionnelle Expérimentale
8 CERIMED - Centre Européen de Recherche en Imagerie médicale
9 GIPSA-PPC - GIPSA Pôle Parole et Cognition
Pablo Alvarez
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Pascal Perrier
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Amélie Vialet
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Résumé
As part of a long-term research project aiming at generating a biomechanical model of a fossil human tongue from a carefully designed 3D Finite Element mesh of a living human tongue, we present a computer-based method that optimally registers 3D CT images of the head and neck of the living human into similar images of another primate. We quantitatively evaluate the method on a baboon. The method generates a geometric deformation field which is used to build up a 3D Finite Element mesh of the baboon tongue. In order to assess the method’s ability to generate a realistic tongue from bony structure information alone, as would be the case for fossil humans, its performance is evaluated and compared under two conditions in which different anatomical information is available: (1) combined information from soft-tissue and bony structures; (2) information from bony structures alone. An Uncertainty Quantification method is used to evaluate the sensitivity of the transformation to two crucial parameters, namely the resolution of the transformation grid and the weight of a smoothness constraint applied to the transformation, and to determine the best possible meshes. In both conditions the baboon tongue morphology is realistically predicted, evidencing that bony structures alone provide enough relevant information to generate soft tissue.
Format du dépôt | Fichier |
---|---|
Type de dépôt | Article dans une revue |
Titre |
en
Predicting primate tongue morphology based on geometrical skull matching. A first step towards an application on fossil hominins
|
Résumé |
en
As part of a long-term research project aiming at generating a biomechanical model of a fossil human tongue from a carefully designed 3D Finite Element mesh of a living human tongue, we present a computer-based method that optimally registers 3D CT images of the head and neck of the living human into similar images of another primate. We quantitatively evaluate the method on a baboon. The method generates a geometric deformation field which is used to build up a 3D Finite Element mesh of the baboon tongue. In order to assess the method’s ability to generate a realistic tongue from bony structure information alone, as would be the case for fossil humans, its performance is evaluated and compared under two conditions in which different anatomical information is available: (1) combined information from soft-tissue and bony structures; (2) information from bony structures alone. An Uncertainty Quantification method is used to evaluate the sensitivity of the transformation to two crucial parameters, namely the resolution of the transformation grid and the weight of a smoothness constraint applied to the transformation, and to determine the best possible meshes. In both conditions the baboon tongue morphology is realistically predicted, evidencing that bony structures alone provide enough relevant information to generate soft tissue.
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Auteur(s) |
Pablo Alvarez
1
, Marouane El Mouss
2
, Maxime Calka
3, 4
, Anca Belme
2, 5
, Gilles Berillon
6
, Pauline Brige
7, 8
, Yohan Payan
3
, Pascal Perrier
9, 4
, Amélie Vialet
6
1
MIMESIS -
Computational Anatomy and Simulation for Medicine
( 425649 )
- 1, Place de l'hôpital
67091 Strasbourg
- France
2
ISCD -
Institut des Sciences du Calcul et des Données
( 542160 )
- Sorbonne-Université, Campus Jussieu 4 Place Jussieu, 75005 Paris
- France
3
TIMC-BIOMÉCA -
Biomécanique des Tissus Vivants et des Matériaux – Modélisation et Caractérisation
( 1069746 )
- Pavillon Taillefer, Rond-point de la Croix de Vie,
38700 La Tronche
- France
4
GIPSA-PCMD -
GIPSA - Perception, Contrôle, Multimodalité et Dynamiques de la parole
( 1043342 )
- GIPSA-lab, 11 rue des Mathématiques, Grenoble Campus BP46, F-38402 SAINT MARTIN D'HERES CEDEX
- France
5
DALEMBERT -
Institut Jean Le Rond d'Alembert
( 541882 )
- Boite 162 4 place Jussieu 75005 Paris
- France
6
HNHP -
Histoire naturelle de l'Homme préhistorique
( 121947 )
- Institut de Paléontologie Humaine - 1, rue René Panhard - 75013 Paris
- France
7
LIIE -
Laboratoire d'Imagerie Interventionnelle Expérimentale
( 410390 )
- Faculté de Médecine
27 Bd Jean Moulin
13385 Marseille Cedex 05
- France
8
CERIMED -
Centre Européen de Recherche en Imagerie médicale
( 210090 )
- Aix-Marseille Université Faculté de Médecine Timone 27, boulevard Jean Moulin 13385 Marseille cedex 05 - France
- France
9
GIPSA-PPC -
GIPSA Pôle Parole et Cognition
( 1043340 )
- GIPSA-lab, 11 rue des Mathématiques, Grenoble Campus BP46, F-38402 SAINT MARTIN D'HERES CEDEX
- France
|
Langue du document |
Anglais
|
Nom de la revue |
|
Volume |
20
|
Numéro |
1
|
Page/Identifiant |
e1011808
|
Date de publication |
2024-01-22
|
Audience |
Internationale
|
Vulgarisation |
Non
|
Comité de lecture |
Oui
|
Domaine(s) |
|
Collaboration/Projet |
|
Référence interne |
|
Financement |
|
Mots-clés |
en
Tongue, Baboon tongue, Image registration, Fossil hominins, Uncertainty Quantification
|
DOI | 10.1371/journal.pcbi.1011808 |
Origine :
Publication financée par une institution
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