Real‐time liver motion estimation via deep learning‐based angle‐agnostic X‐ray imaging
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Real-time liver imaging is challenged by the short imaging time (within hundreds of milliseconds) to meet the temporal constraint posted by rapid patient breathing, resulting in extreme under-sampling for desired 3D imaging. Deep learning (DL)-based real-time imaging/motion estimation techniques are emerging as promising solutions, which can use a single X-ray projection to estimate 3D moving liver volumes by solved deformable motion. However, such techniques were mostly developed for a specific, fixed X-ray projection angle, thereby impractical to verify and guide arc-based radiotherapy with continuous gantry rotation. PURPOSE: To enable deformable motion estimation and 3D liver imaging from individual X-ray projections acquired at arbitrary X-ray scan angles, and to further improve the accuracy of single X-ray-driven motion estimation. METHODS: We developed a DL-based method, X360, to estimate the deformable motion of the liver boundary using an X-ray projection acquired at an arbitrary gantry angle (angle-agnostic). X360 incorporated patient-specific prior information from planning 4D-CTs to address the under-sampling issue, and adopted a deformation-driven approach to deform a prior liver surface mesh to new meshes that reflect real-time motion. The liver mesh motion is solved via motion-related image features encoded in the arbitrary-angle X-ray projection, and through a sequential combination of rigid and deformable registration modules. To achieve the angle agnosticism, a geometry-informed X-ray feature pooling layer was developed to allow X360 to extract angle-dependent image features for motion estimation. As a liver boundary motion solver, X360 was also combined with priorly-developed, DL-based optical surface imaging and biomechanical modeling techniques for intra-liver motion estimation and tumor localization. RESULTS: With geometry-aware feature pooling, X360 can solve the liver boundary motion from an arbitrary-angle X-ray projection. Evaluated on a set of 10 liver patient cases, the mean (± s.d.) 95-percentile Hausdorff distance between the solved liver boundary and the "ground-truth" decreased from 10.9 (±4.5) mm (before motion estimation) to 5.5 (±1.9) mm (X360). When X360 was further integrated with surface imaging and biomechanical modeling for liver tumor localization, the mean (± s.d.) center-of-mass localization error of the liver tumors decreased from 9.4 (± 5.1) mm to 2.2 (± 1.7) mm. CONCLUSION: X360 can achieve fast and robust liver boundary motion estimation from arbitrary-angle X-ray projections for real-time imaging guidance. Serving as a surface motion solver, X360 can be integrated into a combined framework to achieve accurate, real-time, and marker-less liver tumor localization.
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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 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».