CRÁNEO


  • Reconstricción de partes blandas
  • Superposición craneo-foto
Entidad financiadora: 

Proyecto financiado en 2008 por el programa PROFIT (Proyectos Tractores) del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio


Fecha comienzo: 
De Martes, 1 Enero 2008 hasta Viernes, 31 Diciembre 2010
Estado: 
Finalizado
Diseño e Implantación de Soluciones Software en el Ámbito de la Medicina Legal y Cirugía Virtual

Desarrollo de una aplicación informática de apoyo a los procedimientos de reconstrucción de rostros de individuos a partir de restos óseos para aplicaciones en el campo de la medicina legal y forense.

 

La identificación de personas a partir de un cráneo es un proceso crítico en la medicina legal y forense, especialmente cuando no se dispone de otros medios. Los métodos tradicionales basados en arcilla buscan generar  una  cara humana con el fin de identificar a la persona correspondiente. Sin embargo, dichas reconstrucciones  carecen de objetividad y consistencia, ya que dependen del criterio del profesional que trabaje la arcilla. Además, los resultados de la reconstrucción no pueden distribuirse fácilmente o ser consultados desde cualquier lugar.

El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema automático de reconstrucción cráneo-facial. A partir de una aplicación web, los resultados pueden ser consultados y modificados  por usuarios autentificados a través de la web. El sistema completo consiste en una aplicación capaz de generar una malla 3D que simule la piel de una persona a partir del modelo 3D correspondiente a su cráneo. Los rasgos faciales no se incluyen en la malla generada, ya que estos no pueden inferirse solamente a partir de un cráneo. Para ello, se utiliza un método completamente objetivo. Por otro lado, tanto los parámetros de entrada como las reconstrucciones generadas por la aplicación son almacenados en una base de datos que puede ser accedida a través de Internet. 

Otro de los objetivos del proyecto CRÁNEO, es el desarrollo de un software que automatice el proceso de superposición cráneo-fotográfica utilizado por lose expertos forenses en la identificación de sujetos. Dicho software permitirá superponer automáticamente la geometría 3D escaneada del cráneo a cualquier fotografía 2D del sujeto independientemente del ángulo en el que fuese tomada permitiendo realizar un gran número de superposiciones de una manera rápida y automática.

Por otro lado, otra de las tareas ha sido la creación de una aplicación web que servirá como Centro de documentación médica en red. La aplicación servirá para que cualquier experto registrado en el sistema pueda acceder y visualizar cualquiera de los sujetos y sus datos asociados almacenados en una base de datos remota a través de un explorador web, y desde cualquier lugar, simplemente necesitando una conexión a internet.

Resultados:

  • Reconstrucción cráneo-facial.

La arquitectura de la aplicación comprende los siguientes elementos (ver Figura):

craneo-schema.png

Arquitectura de la aplicación

  • Parámetros de Entrada: Conjunto de datos usados por la aplicación para generar la malla de tejido blando. Se requieren tres tipos de parámetros:
    • Modelo del cráneo: un modelo 3D del cráneo necesario para obtener la reconstrucción de la cara.
    • 66 Landmarks situados sobre la superficie del cráneo: en estos puntos de referencia se conoce el grosor de tejido blando.
    • Año, sexo y rango IMC de la persona a la que pertenece el cráneo. El año y sexo se pueden deducir a partir de la morfología del cráneo, de forma que siempre son parámetros conocidos por  el usuario. Sin embargo, no es posible conocer el rango IMC por lo que su valor será estimado.
  • Módulo de Inserción de Landmarks (MIL): se encarga de situar los 66 puntos de referencia sobre la superficie del cráneo, asignando a cada uno el valor correspondiente al grosor de tejido blando de acuerdo a la edad, sexo e IMC. Los puntos de referencia empleados son dos conjuntos de puntos utilizados tradicionalmente en la medicina forense

craneo-landmarks.png

Definición de Landmarks usados para la reconstrucción cráneo-facial en el proyecto: conjunto de 52 puntos para generar la reconstrucción facial en la zona de la cara (en negro), y conjunto de 14 puntos para generar la reconstrucción cráneo-facial sobre el neurocráneo (en rojo)

  • Módulo Generado de Malla de Piel: el bloque de Módulo Generador de Malla de Piel (MGMP) representa el módulo funcional principal de la aplicación. A partir de los parámetros de salida del MIL, genera un conjunto de puntos intermedios sobre la superficie del cráneo. Su grosor se obtiene interpolando los valores de los puntos de referencia más cercanos (ver siguiente Figura). El conjunto total de puntos (landmarks y puntos intermedios) se utiliza para reconstruir la malla 3D final que representan el tejido blando (piel) correspondiente a un determinado cráneo.

craneo-reconstruction.jpg

Proceso de generación de tejido blando

  • Superposición Cráneo-Fotografía.
    • La arquitectura de la aplicación comprende los siguientes elementos (ver Figura):

sobreimposicion.png

Arquitectura de la Aplicación

  • Parámetros de Entrada: Conjunto de datos usados por la aplicación para realizar la superposición Cráneo-Foto. Se requieren 3 tipos de parámetros:
    • Modelo del cráneo: un modelo 3D del cráneo necesario para obtener la reconstrucción de la cara.
    • 5 puntos craneométricos situados sobre la superficie del cráneo.
    • 5  puntos cefalométricos situados sobre la cara dentro de la fotografía.

 

  • Módulo de Detección de Rasgos Faciales: se encarga de identificar automáticamente tanto la posición de cara, ojos  y nariz del individuo dentro de la fotografía. Dichas posiciones servirán para que el módulo de inserción de puntos pueda situar los puntos de referencia de manera correcta.

craneo-cara-1.png

Rasgos Faciales detectados en la Fotografía

  • Módulo de Inserción de puntos Craneométricos: se encarga de situar los 5 puntos de referencia sobre la geometría del cráneo 3D. Para este módulo se ha utilizado el ya desarrollado en la aplicación de Reconstrucción cráneo-facial (Módulo de inserción de Landmarks).
  • Módulo de Inserción de puntos Cefalométricos: se encarga de situar automáticamente los 5 puntos de referencia sobre la cara en la fotografía. Los puntos de referencia empleados son un conjunto de puntos utilizados tradicionalmente en la medicina forense.

craneo-cara-2.png

Puntos Cefalométricos detectados en la fotografía

  • Módulo de Cálculo de Homografía: una vez calculada la posición de los puntos sobre el cráneo y la fotografía es necesario calcular la correlación entre ellos. La correlación entre los dos sets de puntos se realiza mediante una homografía. Una homografía es una transformación proyectiva especial que relaciona un sistema de coordenadas x =[x1, x2] con otro x’  =[x’1, x’2] (ver figura).

craneo-homoghafia.png

Ejemplo de homografía entre dos sets de puntos.

  • Módulo de Cálculo del Error: este módulo se encarga de calcular, mediante una serie de algoritmos matemáticos, el porcentaje de correspondencia entre los dos sets de puntos una vez que están correlacionados mediante el módulo anterior. Cuanto mayor sea dicho porcentaje querrá decir que la probabilidad de que un cráneo y una fotografía pertenezcan al mismo sujeto será mayor.

 

Centro de Documentación Científica Online

Por otro lado, se ha implementado un entorno Web tanto para la aplicación de reconstrucción 3D como para la aplicación de Identificación de Sujetos mediante Superposición Cráneo-Foto con el fin de poder visualizar remotamente los parámetros de entrada y los resultados generados.

La interacción entre usuarios remotos (web) y la aplicación principal se ilustra en la siguiente figura. A partir de este esquema, un usuario puede visualizar y cambiar cualquier información contenida en la base de datos de la aplicación a través de Internet (información del cráneo, reconstrucciones generadas, fotografías asignadas/asociadas).

craneo-web.png

 

Interacción entre la aplicación principal y los usuarios web

 

 

Video demostración de la aplicación

 

Realidad Virtual/Virtual Reality