基于肝脏生物力学形变模型的MIM系统配准精度评估
Evaluation of registration accuracy of MIM system using liver biomechanical deformation model
摘要目的:评估MIM系统的生物力学形变配准精度,为肿瘤适应性放疗的治疗响应反馈和剂量叠加等配准需求场景提供配准评估数据支持.方法:首先,将1个含60个金标点的新鲜猪肝在不同加热时长(不同收缩状态)的CT影像作为含金标模体影像,用金标点附近的猪肝组织的像素平均值代替含金标的高密度点的像素值得到不含金标的模体影像.其次,将2种模体影像导入MIM系统中,采用影像形变配准(deformable image registration,DIR)和基于轮廓边界的混合影像形变配准(hybrid deformable image registration,HY-DIR)2种方法进行配准.最后,分别计算所有金标点、23个内部金标点、37个表面金标点配准得到的金标点与真实金标点的目标配准误差(target registration error,TRE)的均值,同时计算Dice系数和Hausdorff距离,并进行含金标DIR、含金标HY-DIR、无金标DIR和无金标HY-DIR这4组组间相关性、差异性检验.采用SPSS 25.0软件进行统计学分析.结果:在30 s时相,TRE均值范围为2.14~2.20 mm,Dice 系数均为 0.94;在 60~90 s 时相,TRE 均值范围为 3.02~5.32 mm,Dice 系数为 0.95~0.97;在 110~200 s时相,TRE均值大于4 mm,Dice系数为0.93~0.96.在30~200 s时相,Hausdorff距离的均值较高,最小值为3.85 mm,最大值为17.91mm.所有猪肝组织表面金标点的TRE均值和标准差都大于内部金标点.配准方法为DIR时,猪肝组织内部金标点和所有金标点的Dice系数与TRE均值呈中等强度相关(0.4<r<0.6),HY-DIR配准方法的Dice系数与TRE均值则无相关性(r<0.2).在TRE均值中,含金标DIR和含金标HY-DIR组间差异有统计学意义(P=0.026),含金标DIR和无金标DIR组间差异有统计学意义(P--0.036).结论:在MIM系统的自适应放疗配准应用中,时相为30 s时可得到较好的配准效果;在时相为60~90 s时(体积收缩低于20%),配准误差相对较小,建议人工检查更正;在时相为110~200 s时(收缩百分比高于20%),配准误差较大.含金标比无金标配准效果更佳,DIR方法比HY-DIR方法更准确.
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