Three‐dimensional therapy needle applicator segmentation for ultrasound‐guided focal liver ablation
Notice bibliographique
Résumé
PURPOSE: Minimally invasive procedures, such as microwave ablation, are becoming first-line treatment options for early-stage liver cancer due to lower complication rates and shorter recovery times than conventional surgical techniques. Although these procedures are promising, one reason preventing widespread adoption is inadequate local tumor ablation leading to observations of higher local cancer recurrence compared to conventional procedures. Poor ablation coverage has been associated with two-dimensional (2D) ultrasound (US) guidance of the therapy needle applicators and has stimulated investigation into the use of three-dimensional (3D) US imaging for these procedures. We have developed a supervised 3D US needle applicator segmentation algorithm using a single user input to augment the addition of 3D US to the current focal liver tumor ablation workflow with the goals of identifying and improving needle applicator localization efficiency. METHODS: The algorithm is initialized by creating a spherical search space of line segments around a manually chosen seed point that is selected by a user on the needle applicator visualized in a 3D US image. The most probable trajectory is chosen by maximizing the count and intensity of threshold voxels along a line segment and is filtered using the Otsu method to determine the tip location. Homogeneous tissue mimicking phantom images containing needle applicators were used to optimize the parameters of the algorithm prior to a four-user investigation on retrospective 3D US images of patients who underwent microwave ablation for liver cancer. Trajectory, axis localization, and tip errors were computed based on comparisons to manual segmentations in 3D US images. RESULTS: Segmentation of needle applicators in ten phantom 3D US images was optimized to median (Q1, Q3) trajectory, axis, and tip errors of 2.1 (1.1, 3.6)°, 1.3 (0.8, 2.1) mm, and 1.3 (0.7, 2.5) mm, respectively, with a mean ± SD segmentation computation time of 0.246 ± 0.007 s. Use of the segmentation method with a 16 in vivo 3D US patient dataset resulted in median (Q1, Q3) trajectory, axis, and tip errors of 4.5 (2.4, 5.2)°, 1.9 (1.7, 2.1) mm, and 5.1 (2.2, 5.9) mm based on all users. CONCLUSIONS: Segmentation of needle applicators in 3D US images during minimally invasive liver cancer therapeutic procedures could provide a utility that enables enhanced needle applicator guidance, placement verification, and improved clinical workflow. A semi-automated 3D US needle applicator segmentation algorithm used in vivo demonstrated localization of the visualized trajectory and tip with less than 5° and 5.2 mm errors, respectively, in less than 0.31 s. This offers the ability to assess and adjust needle applicator placements intraoperatively to potentially decrease the observed liver cancer recurrence rates associated with current ablation procedures. Although optimized for deep and oblique angle needle applicator insertions, this proposed workflow has the potential to be altered for a variety of image-guided minimally invasive procedures to improve localization and verification of therapy needle applicators intraoperatively.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».