Validation of biomechanical deformable image registration in the abdomen, thorax, and pelvis in a commercial radiotherapy treatment planning system
Notice bibliographique
Résumé
PURPOSE: The accuracy of deformable image registration tools can vary widely between imaging modalities and specific implementations of the same algorithms. A biomechanical model-based algorithm initially developed in-house at an academic institution was translated into a commercial radiotherapy treatment planning system and validated for multiple imaging modalities and anatomic sites. METHODS: Biomechanical deformable registration (Morfeus) is a geometry-driven algorithm based on the finite element method. Boundary conditions are derived from the model-based segmentation of controlling structures in each image which establishes a point-to-point surface correspondence. For each controlling structure, material properties and fixed or sliding interfaces are assigned. The displacements of internal volumes for controlling structures and other structures implicitly deformed are solved with finite element analysis. Registration was performed for 74 patients with images (mean vector resolution) of thoracic and abdominal 4DCT (2.8 mm) and MR (5.3 mm), liver CT-MR (4.5 mm), and prostate MR (2.6 mm). Accuracy was quantified between deformed and actual target images using distance-to-agreement (DTA) for structure surfaces and the target registration error (TRE) for internal point landmarks. RESULTS: The results of the commercial implementation were as follows. The mean DTA was ≤ 1.0 mm for controlling structures and 1.0-3.5 mm for implicitly deformed structures on average. TRE ranged from 2.0 mm on prostate MR to 5.1 mm on lung MR on average, within 0.1 mm or lower than the image voxel sizes. Accuracy was not overly sensitive to changes in the material properties or variability in structure segmentations, as changing these inputs affected DTA and TRE by ≤ 0.8 mm. Maximum DTA > 5 mm occurred for 88% of the structures evaluated although these were within the inherent segmentation uncertainty for 82% of structures. Differences in accuracy between the commercial and in-house research implementations were ≤ 0.5 mm for mean DTA and ≤ 0.7 mm for mean TRE. CONCLUSIONS: Accuracy of biomechanical deformable registration evaluated on a large cohort of images in the thorax, abdomen and prostate was similar to the image voxel resolution on average across multiple modalities. Validation of this treatment planning system implementation supports biomechanical deformable registration as a versatile clinical tool to enable accurate target delineation at planning and treatment adaptation.
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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 | 0,005 | 0,013 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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) | 0,002 | 0,001 |
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 ».