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Enregistrement W4398184521 · doi:10.1002/mp.17129

Enhancing voxel‐based dosimetry accuracy with an unsupervised deep learning approach for hybrid medical image registration

2024· article· en· W4398184521 sur OpenAlexaff
Keon Min Kim, Minseok Suh, Haniff Shazwan Muhd Safwan Selvam, Teik Hin Tan, Gi Jeong Cheon, Keon Wook Kang, Jae Sung Lee

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueMedical Imaging Techniques and Applications
Établissements canadiensInstitute of Aging
Organismes subventionnairesNational Research Foundation of Korea
Mots-clésVoxelDosimetryArtificial intelligenceImage registrationComputer scienceComputer visionMedical physicsDeep learningImage (mathematics)Nuclear medicineMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Deformable registration is required to generate a time-integrated activity (TIA) map which is essential for voxel-based dosimetry. The conventional iterative registration algorithm using anatomical images (e.g., computed tomography (CT)) could result in registration errors in functional images (e.g., single photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET)). Various deep learning-based registration tools have been proposed, but studies specifically focused on the registration of serial hybrid images were not found. PURPOSE: In this study, we introduce CoRX-NET, a novel unsupervised deep learning network designed for deformable registration of hybrid medical images. The CoRX-NET structure is based on the Swin-transformer (ST), allowing for the representation of complex spatial connections in images. Its self-attention mechanism aids in the effective exchange and integration of information across diverse image regions. To augment the amalgamation of SPECT and CT features, cross-stitch layers have been integrated into the network. METHODS: Lu DOTATATE SPECT/CT datasets were acquired at different medical centers. 22 sets from Seoul National University and 14 sets from Sunway Medical Centre are used for training/internal validation and external validation respectively. The CoRX-NET architecture builds upon the ST, enabling the modeling of intricate spatial relationships within images. To further enhance the fusion of SPECT and CT features, cross-stitch layers have been incorporated within the network. The network takes a pair of SPECT/CT images (e.g., fixed and moving images) and generates a deformed SPECT/CT image. The performance of the network was compared with Elastix and TransMorph using L1 loss and structural similarity index measure (SSIM) of CT, SSIM of normalized SPECT, and local normalized cross correlation (LNCC) of SPECT as metrics. The voxel-wise root mean square errors (RMSE) of TIA were compared among the different methods. RESULTS: The ablation study revealed that cross-stitch layers improved SPECT/CT registration performance. The cross-stitch layers notably enhance SSIM (internal validation: 0.9614 vs. 0.9653, external validation: 0.9159 vs. 0.9189) and LNCC of normalized SPECT images (internal validation: 0.7512 vs. 0.7670, external validation: 0.8027 vs. 0.8027). CoRX-NET with the cross-stitch layer achieved superior performance metrics compared to Elastix and TransMorph, except for CT SSIM in the external dataset. When qualitatively analyzed for both internal and external validation cases, CoRX-NET consistently demonstrated superior SPECT registration results. In addition, CoRX-NET accomplished SPECT/CT image registration in less than 6 s, whereas Elastix required approximately 50 s using the same PC's CPU. When employing CoRX-NET, it was observed that the voxel-wise RMSE values for TIA were approximately 27% lower for the kidney and 33% lower for the tumor, compared to when Elastix was used. CONCLUSION: This study represents a major advancement in achieving precise SPECT/CT registration using an unsupervised deep learning network. It outperforms conventional methods like Elastix and TransMorph, reducing uncertainties in TIA maps for more accurate dose assessments.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,023
Tête enseignante GPT0,331
Écart entre enseignants0,308 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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