Demons deformable registration for CBCT‐guided procedures in the head and neck: Convergence and accuracy
Notice bibliographique
Résumé
PURPOSE: The accuracy and convergence behavior of a variant of the Demons deformable registration algorithm were investigated for use in cone-beam CT (CBCT)-guided procedures of the head and neck. Online use of deformable registration for guidance of therapeutic procedures such as image-guided surgery or radiation therapy places trade-offs on accuracy and computational expense. This work describes a convergence criterion for Demons registration developed to balance these demands; the accuracy of a multiscale Demons implementation using this convergence criterion is quantified in CBCT images of the head and neck. METHODS: Using an open-source "symmetric" Demons registration algorithm, a convergence criterion based on the change in the deformation field between iterations was developed to advance among multiple levels of a multiscale image pyramid in a manner that optimized accuracy and computation time. The convergence criterion was optimized in cadaver studies involving CBCT images acquired using a surgical C-arm prototype modified for 3D intraoperative imaging. CBCT-to-CBCT registration was performed and accuracy was quantified in terms of the normalized cross-correlation (NCC) and target registration error (TRE). The accuracy and robustness of the algorithm were then tested in clinical CBCT images of ten patients undergoing radiation therapy of the head and neck. RESULTS: The cadaver model allowed optimization of the convergence factor and initial measurements of registration accuracy: Demons registration exhibited TRE=(0.8+/-0.3) mm and NCC =0.99 in the cadaveric head compared to TRE=(2.6+/-1.0) mm and NCC=0.93 with rigid registration. Similarly for the patient data, Demons registration gave mean TRE=(1.6+/-0.9) mm compared to rigid registration TRE=(3.6+/-1.9) mm, suggesting registration accuracy at or near the voxel size of the patient images (1 x 1 x 2 mm3). The multiscale implementation based on optimal convergence criteria completed registration in 52 s for the cadaveric head and in an average time of 270 s for the larger FOV patient images. CONCLUSIONS: Appropriate selection of convergence and multiscale parameters in Demons registration was shown to reduce computational expense without sacrificing registration performance. For intraoperative CBCT imaging with deformable registration, the ability to perform accurate registration within the stringent time requirements of the operating environment could offer a useful clinical tool allowing integration of preoperative information while accurately reflecting changes in the patient anatomy. Similarly for CBCT-guided radiation therapy, fast accurate deformable registration could further augment high-precision treatment strategies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».