科研動(dòng)態(tài)
2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)臨床數(shù)據(jù)集標(biāo)定結(jié)果的分析與評(píng)價(jià)
中文題目：2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)臨床數(shù)據(jù)集標(biāo)定結(jié)果的分析與評(píng)價(jià)
論文題目：2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)臨床數(shù)據(jù)集標(biāo)定結(jié)果的分析與評(píng)價(jià)
錄用期刊：北京生物醫(yī)學(xué)工程，統(tǒng)計(jì)源核心期刊
原文DOI：10.3969/j.jssn.1002-3208.2024
見(jiàn)刊時(shí)間：2024.2
作者列表：
1）魏 萍 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 自動(dòng)化系教師
2）王順順 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 碩 21
3）王 珠 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 自動(dòng)化系教師
4）舒麗霞 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院-北京市心肺血管疾病研究所
摘要:
構(gòu)建采自臨床的2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，是實(shí)現(xiàn)各種學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于實(shí)際醫(yī)療的重要環(huán)節(jié)。然而臨床數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程中存在多種不確定因素，致使數(shù)據(jù)集的標(biāo)定結(jié)果需要分析和評(píng)價(jià)。本文對(duì)采自胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)的一組X線(xiàn)和CT圖像的幾組標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并確定正確標(biāo)定結(jié)果。分別采用相似性度量法和投影距離誤差法對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。對(duì)提供的幾組標(biāo)定數(shù)據(jù)，在比較數(shù)字放射重建圖像和X線(xiàn)圖像相似性方面，相似度接近，沒(méi)有明顯指向性；而投影距離誤差法的分析結(jié)果指向性明顯，能夠定量描述標(biāo)定結(jié)果的優(yōu)劣。
背景與動(dòng)機(jī):
近年來(lái)，2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的研究在理論和技術(shù)方面都取得顯著進(jìn)展，主要表現(xiàn)為由基于特征或灰度的配準(zhǔn)方法轉(zhuǎn)為基于深度學(xué)習(xí)的配準(zhǔn)方法。盡管深度學(xué)習(xí)在2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，但仍然存在配準(zhǔn)準(zhǔn)確性評(píng)估的挑戰(zhàn)。當(dāng)前認(rèn)為具有較高準(zhǔn)確性、快速性和通用性的評(píng)估方式是金標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集評(píng)估?，F(xiàn)有的2D -3D 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集主要包括模擬數(shù)據(jù)集和體模數(shù)據(jù)集兩類(lèi)，模擬數(shù)據(jù)集的不足之處是其與術(shù)中2D圖像存在域間差異，體模數(shù)據(jù)集則是機(jī)體組織單一，與臨床所采集的患者數(shù)據(jù)有明顯不同。所以深度學(xué)習(xí)配準(zhǔn)模型應(yīng)用于真實(shí)的醫(yī)療過(guò)程，必須經(jīng)過(guò)來(lái)自具體臨床環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練和評(píng)價(jià)。當(dāng)前公開(kāi)文獻(xiàn)中沒(méi)有對(duì)2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)臨床數(shù)據(jù)集構(gòu)建工作的相關(guān)研究，本文對(duì)胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)的2D -3D 圖像對(duì)的標(biāo)定結(jié)果提出的分析和評(píng)價(jià)方法，可應(yīng)用于構(gòu)建不同醫(yī)療場(chǎng)景下2D-3D圖像配準(zhǔn)臨床數(shù)據(jù)集。
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):
分別采用相似性度量法和投影距離誤差法對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。
從采集的X線(xiàn)圖像中選取參考圖像，分別按照備選的投影參數(shù)生成DRR圖像，計(jì)算圖像對(duì)的相似性。計(jì)算結(jié)果表明，四組投影參數(shù)的相似性結(jié)果相差不大，不具有明顯指向性，見(jiàn)圖3。
圖 3 DRR圖像與X光圖像對(duì)比圖
從采集的一組X線(xiàn)圖像中讀取到102個(gè)標(biāo)記點(diǎn)1和29個(gè)標(biāo)記點(diǎn)2的投影位置信息。按照計(jì)算和獲取的投影參數(shù)信息，得到4組投影距離誤差的分布圖如圖4所示。
圖4 投影距離誤差分布圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析:
不同圖像對(duì)相似度數(shù)值彼此之間差別過(guò)小，對(duì)標(biāo)定結(jié)果的篩選不具有指向性。分析原因在于：（1）四組等中心點(diǎn)位置本身差別不明顯，計(jì)算結(jié)果相對(duì)集中在真實(shí)的等中心點(diǎn)位置附近；（2）受CT圖像成像范圍所限，生成DRR圖像存在偽影，雖經(jīng)濾波和增強(qiáng)處理，仍然存在較大模態(tài)差異，無(wú)法模擬實(shí)際生成X線(xiàn)圖像時(shí)存在的散射現(xiàn)象。投影距離誤差法得到的計(jì)算結(jié)果具有一定指向性。經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析，可以確定本文中關(guān)于患者i的一組CT和X線(xiàn)圖像等中心點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)定值。
結(jié)論:
投影距離誤差法是評(píng)價(jià)2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)數(shù)據(jù)集標(biāo)定結(jié)果的有效手段；另外，若可以提供高質(zhì)量的數(shù)字放射重建圖像時(shí)，相似性度量法也是評(píng)價(jià)標(biāo)定結(jié)果的可選途徑。
作者簡(jiǎn)介:
魏萍 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院自動(dòng)化系講師，研究方向：系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制，2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)。