物理·技术·生物
基于深度学习多模态风格迁移技术CBCT图像肺癌靶区自动分割方法研究
中华放射肿瘤学杂志, 2022,31(1) : 43-48. DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20201103-00531
摘要
目的

针对CBCT图像中肿瘤与周围组织对比度低的缺点,研究一种适合于CBCT图像中中心型肺癌的自动分割方法。

方法

收集221例中心型肺癌患者,其中176例行CT定位,45例行强化CT定位。将强化CT图像分别设置为肺窗和纵隔窗,并与首次CBCT验证图像进行弹性配准获得配对数据集;然后将配对数据集传入cycleGAN网络进行风格迁移,使得CBCT图像可分别转化为肺窗和纵隔窗下的"强化CT";最后经风格迁移后的图像被载入UNET-attention网络对大体肿瘤体积进行深度学习。通过戴斯相似性系数(DSC)、豪斯多夫距离(HD)和受试者工作特征曲线下面积(AUC)对分割结果进行评价。

结果

经风格迁移后肿瘤与周围组织对比度明显增强,采用cycleGAN+UNET-attention网络的DSC值为0.78±0.05,HD值为9.22±3.42,AUC值为0.864。

结论

采用cycleGAN+UNET-attention网络可有效对CBCT图像中中心型肺癌进行自动分割。

引用本文: 陈杰, 王克强, 简建波, 等.  基于深度学习多模态风格迁移技术CBCT图像肺癌靶区自动分割方法研究 [J] . 中华放射肿瘤学杂志, 2022, 31(1) : 43-48. DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20201103-00531.
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肺部肿瘤在放疗期间可能变化很大,医生需要及时观察患者放疗期间CT影像来判断患者是否需要二程定位[1,2,3]。然而,常规CT或强化CT检查会使患者受到多余照射以及造影剂不良反应等不确定风险。随着影像引导放疗的发展,锥形束CT (cone beam CT, CBCT)在放疗中有着非常重要的作用,CBCT可以在保证图像轮廓及主要灰度信息的前提下调整成像参数,使患者受照剂量降低。但是由于原子散射等原因,CBCT图像存在大量噪声,图像分辨率较差[4,5]。对于中心型肺癌,手动分割很难将肿瘤与心脏、大血管和胸壁分离。基于卷积神经网络(如UNET、ResNET等)的医学图像分割方法可以有效挖掘图像的复杂特征,提取有用信息,在复杂肿瘤的分割上表现优异[6,7]。本研究针对CBCT图像分辨率低、难以区分中心型肺癌与周围组织的缺点,先利用cycleGAN网络将CBCT图像转化成"强化CT"风格的图像,以增强肿瘤与周围组织对比度;再采用UNET-attention网络对大体肿瘤体积(gross tumor volume, GTV)进行深度学习,以达到自动分割肿瘤的目的,并比较实验结果与手动勾画之间的差异。

 
 
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