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Endo-4DGS: Real-time Endoscopic Scene Reconstruction with 4D Gaussian Splatting


Core Concepts
Endo-4DGS introduces a real-time endoscopic dynamic reconstruction approach using 3D Gaussian Splatting for accurate and efficient scene reconstruction.
Abstract
Introduction: Importance of accurate 3D reconstruction in endoscopic surgery. Challenges posed by complex endoscopic scenes. Advancements in Endoscopic 3D Reconstruction: Utilization of Deep Neural Networks (DNNs) and Neural Radiance Fields (NeRFs). Previous studies leveraging NeRF for tissue deformation modeling. Challenges Addressed by Endo-4DGS: Slow rendering speeds and suboptimal localization accuracy faced by NeRF-based methods. Introduction of 3D Gaussian Splatting as an alternative for fast inference and superior representation. Methodology: Incorporation of temporal dynamics with lightweight MLPs and Gaussian deformation fields. Utilization of Depth-Anything for robust depth estimation and Gaussian initialization. Results: Validation on surgical datasets showcasing real-time rendering, computational efficiency, and high accuracy compared to existing methods. Conclusion: Proposal of Endo-4DGS as a solution for real-time, high-fidelity reconstruction of deformable tissues in endoscopic surgery.
Stats
Neural Radiance Fields (NeRF)-based methods have slow inference speed, prolonged training, and inconsistent depth estimation. Our approach has been validated on two surgical datasets, demonstrating real-time rendering, computational efficiency, and remarkable accuracy.
Quotes

Key Insights Distilled From

by Yiming Huang... at arxiv.org 03-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2401.16416.pdf
Endo-4DGS

Deeper Inquiries

How can the integration of confidence-guided learning impact the future development of endoscopic scene reconstruction technologies

自信に基づいた学習の統合は、将来の内視鏡シーン再構築技術の発展にどのような影響を与えるでしょうか? 自信に基づいた学習は、内視鏡シーン再構築技術の進化に重要な影響をもたらす可能性があります。この手法は不確実な測定値やノイズが含まれている場合でも、レンダリングされた深度と事前深度推定値との差異を最小限に抑えることができます。これにより、モデルが不確かさから受ける影響を軽減し、精度向上や安定性強化が期待できます。内視鏡手術では正確な3D再構築が臨床的意義を持つため、自信に基づくアプローチは外科医や治療チームによる操作支援や診断精度向上など多岐にわたる利点をもたらす可能性があります。

What are the potential limitations or drawbacks of relying on pre-trained depth models like Depth-Anything for surgical applications

予めトレーニングされたDepth-Anythingのような深さモデルへ依存することの潜在的制約または欠点は何ですか? 外科応用では事前トレーニングされた深さモデル(例:Depth-Anything)へ依存することに関連したポテンシャル・リスクおよび制約事項が存在します。まず第一に、特定領域(例:外科手術)向けではなく汎用的目的で設計されている可能性があることです。その結果、特殊条件下で適切なパフォーマンスを発揮しない場合も考えられます。また、新しい外科技術や変動する状況下で十分な柔軟性や適応力を持っていない可能性もあります。更に言えば、困難さや複雑さから生じる誤差率増加等問題も指摘されています。

How might the principles behind 4D Gaussian Splatting be applied to other fields beyond endoscopic surgery

4D Gaussian Splatting原理は内視鏡手術以外でも他分野へどのように応用できそうですか? 4D Gaussian Splatting原理は内視鏡手術以外でも幅広く活用可能です。 例えば以下の分野で有効活用され得ます: コンピュータグラフィックス: リアルタイム3Dシーン生成 バーチャルリアリティ(VR)および拡張現実(AR): 精密かつ迅速な仮想空間表現 地質学: 地層解析および地形マッピング 気象学: 大気圧力・湿度・風速等情報から立体表現作成 これら他分野では高速処理能力及び高品質3次元表現提供能力等優位点活かして革新的価値創出期待され得ます。
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