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基于人工智能的磁共振引导放疗靶区目标自动追踪研究

Automatic target volume tracking in magnetic resonance imaging-guided radiotherapy based on artificial intelligence

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资源类型:

收录情况: ◇ 统计源期刊 ◇ 北大核心 ◇ CSCD-C ◇ 中华系列

机构: [1]四川省肿瘤医院·研究所 放射肿瘤学四川省重点实验室 四川省肿瘤临床医学研究中心 四川省癌症防治中心 电子科技大学附属肿瘤医院放射治疗中心,成都610041
出处:
ISSN:

关键词: 磁共振引导放疗 深度学习 电影磁共振图像 靶区追踪

摘要:
目的:探讨Elekta Unity磁共振引导放疗系统靶区自动追踪的可行性,引入Transformer大模型深度学习技术,进一步提升磁共振引导放疗实时靶区目标追踪性能。方法:回顾性收集75位已接受Unity磁共振放疗的胸腹部恶性肿瘤患者4 661帧电影磁共振图像(cine MRI)二进制图像作为训练集;并额外收集10位患者500帧cine MRI二进制图像作为独立测试集。开发医学图像格式转化运算模块,将二进制图像转化为医学元图像。对测试集cine MRI实施肿瘤靶区外轮廓人工勾画,作为真实对照标签。固定每一位患者的第一帧cine MRI为参考图像,基于Transformer技术,构建运动图像(除第一帧之外的其余cine MRI图像)相对于参考图像的形变位移矢量场(DVF)深度学习模型。计算戴斯相似系数(DSC),95%豪斯多夫距离(HD 95),雅格比行列式(NegJ ),平均单帧cine MRI图像处理时间,并与传统B-Spline方案比较,定量评估靶区目标追踪准确性、DVF物理合理性及模型执行效率。 结果:与B-Spline方案相比,所提出的深度学习方案具有更佳的靶区目标追踪性能,DSC [(0.84±0.05) vs. (0.74±0.16), t=11.44, P<0.05 ]和HD 95 [(9.25±2.98) vs.(14.70±8.55)mm, t=-11.83, P<0.05 ]均有改善;且图像平均处理时间由1.95 s缩减到30.99 ms,效率提升了2个数量级。深度学习方案获得了与B-Spline方案类似的NegJ,说明提取到的DVF具有与传统方案相似的物理合理性。 结论:Transformer深度学习靶区自动追踪方案填补了Elekta Unity磁共振引导放疗系统的功能空白,可对胸腹部运动肿瘤目标实施较为准确且高效的自动追踪。

基金:
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第一作者:
第一作者机构: [1]四川省肿瘤医院·研究所 放射肿瘤学四川省重点实验室 四川省肿瘤临床医学研究中心 四川省癌症防治中心 电子科技大学附属肿瘤医院放射治疗中心,成都610041
通讯作者:
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