US-MRI配準融合技術在超聲消融子宮肌瘤中精確影像識別及智能化培訓的研究.pdf

1、子宮肌瘤是育齡期婦女中極為常見的良性腫瘤，該腫瘤會導致一系列健康問題。高強度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融子宮肌瘤是一種無創(chuàng)治療方法，其憑借微創(chuàng)性和保留患者生育能力等特性，正越來越受到婦科醫(yī)生的重視。隨著超聲引導的HIFU技術廣泛應用于臨床，突破超聲圖像(Ultrasound Image,US)質(zhì)量差、噪聲大、視野窄的局限性，將超聲圖像與磁共振圖像(Ultrasound Im

2、age and Magnetic resonance image,US-MRI)配準、融合技術用于提高超聲消融子宮肌瘤中的影像識別精確度和推進智能化培訓成為新的緊迫需求。為此超聲醫(yī)療國家工程研究中心HIFU研究團隊基于US-MRI配準、融合技術、三維重建技術等智能技術，開發(fā)出HIFU虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。本研究旨在評估超聲消融子宮肌瘤中US-MRI配準、融合技術的精確影像識別能力和基于US-MRI配準技術的虛擬現(xiàn)實培訓的效果，以期為其在超聲消融

3、子宮肌瘤中的運用、推廣提供依據(jù)。
　　目的：
　　1.探討US-MRI圖像配準、融合技術在超聲消融子宮肌瘤中的標定結構及其可行性。
　　2.測量超聲消融子宮肌瘤術中US-MRI圖像配準技術的配準精確度。
　　3.評估HIFU虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)輔助超聲消融子宮肌瘤手術定位培訓的效果。
　　方法：
　　1.前瞻性地評估78例子宮肌瘤患者78組圖像的配準與融合效果，篩選配準標定結構，評價配準技術的性能指標：配準精

4、確度、可靠性和臨床可行性。
　　2.根據(jù)“客觀結構化臨床考試”規(guī)則設計虛擬測試項目，從信度和效度上評估虛擬培訓及測試項目的質(zhì)量。
　　3.2015年12月到2017年1月在重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院超聲消融治療中心(衛(wèi)生部高強度聚焦超聲腫瘤治療培訓基地)參加超聲消融子宮肌瘤手術培訓的學員8名，學習內(nèi)容為HIFU治療前預定位。學員分配到虛擬現(xiàn)實培訓組(虛擬組)和傳統(tǒng)培訓組(傳統(tǒng)組)，每組4人。同一名高級醫(yī)生選出適合學員定位的患者

5、240例，通過雙盲法(學員和患者互相不能選擇)分配給每位學員30例患者，按醫(yī)生定位的順序分為6期，每期每位醫(yī)生完成5例患者的治療前預定位。以定位時間為指標評價學習曲線，比較HIFU虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)輔助超聲消融子宮肌瘤手術定位培訓的效果。
　　結果：
　　1.圖像配準標定結構，78組圖像，76組圖像可以實現(xiàn)圖像配準操作，2組子宮前位的圖像（因為US與MRI顯示的子宮位置變化過大不能實現(xiàn)圖像配準）。76組圖像配準后，清晰度均有提高。

6、子宮、子宮肌瘤、恥骨、骶尾骨都可以根據(jù)邊界線、標定點進行US與MRI的配準。用子宮的邊界作為標志來配準同一子宮平面，配準清晰度顯著增加(P=0.000)；用子宮肌瘤的邊界作為標志配準同一子宮肌瘤平面，配準清晰度顯著增加(P=0.000)；用恥骨的邊界作為標志配準同一恥骨平面，配準清晰度顯著增加(P=0.000)；用骶岬作為標志點配準骶尾骨，配準清晰度顯著增加(P=0.000)。
　　2.配準的可行性評價結果,效果A,圖像配準后清晰

7、度有很好的改善：US與MRI有很好的相關性，擴大了視野，提高了病灶邊界的清晰度。所占比例82.05%。效果B,圖像配準后清晰度沒有改善：US與MRI沒有相關性：不能通過配準圖像進行診斷。所占比例2.56%。效果C,在US上已經(jīng)很清楚的，不需要通過配準圖像進行診斷。所占比例為15.38%。
　　3.配準精確度，子宮圖像中，76組可實現(xiàn)圖像配準操作，故以子宮的邊界為配準標志物，配準子宮的配準誤差為3.20±0.10mm，以子宮肌瘤的邊

8、界為配準標志物,配準子宮肌瘤的配準誤差為3.00±1.25mm。45例患者的內(nèi)膜邊界在US上可見，故以內(nèi)膜的邊界為配準標志物,配準內(nèi)膜的配準誤差為2.20±0.45mm；33例患者的骶岬在 US上可見，故以骶岬作為配準標志物,配準骶尾骨的配準誤差為1.82±0.48mm；22例患者的恥骨邊界在US上可見，故以恥骨邊界為配準標志物,配準恥骨的配準誤差為1.64±0.32mm。
　　4.圖像融合效果評價，以子宮肌瘤的邊界作為標志配準圖

9、像后，實現(xiàn)MRI與US的全局融合。70組融合圖像，3組(4.29%)融合效果為C級(C.融合圖像的清晰度與配準后的圖像相比病灶邊界及周邊解剖結構沒有改善)，67組(95.71%)融合效果為D級(D.融合圖像的清晰度與配準后的圖像相比病灶邊界及周邊解剖結構的清晰度下降)
　　5.定位能力測試結果，可信度，Cronbach'sα=0.90。定位能力測試總成績,虛擬組得分40.00±1.63分,傳統(tǒng)組得分26.75±5.74分。虛擬組得

10、分顯著高于傳統(tǒng)組得分(t=4.421，P=0.004)。定位能力測試子項目：(1)定位的設備操作能力測試項目，可信度Cronbach’sα=0.91，測試成績,虛擬組得分16.25±2.36分，傳統(tǒng)組得分12.00±4.24分。虛擬組得分與傳統(tǒng)組得分相比差異無統(tǒng)計學意義(t=1.753，P=0.131)；(2)定位中標志性解剖結構識別能力測試，可信度Cronbach’sα=0.87，測試成績,虛擬組得分14.00±1.41分，傳統(tǒng)組得分

11、10.50±1.92分。虛擬組得分顯著高于傳統(tǒng)組得分(t=2.942，P=0.026)；(3)定位中疑難情況判別能力測試項目，可信度Cronbach’sα=0.88,測試成績,虛擬組得分9.75±2.63分，傳統(tǒng)組得分4.25±1.25分。虛擬組得分顯著高于傳統(tǒng)組得分(t=3.774，P=0.017)。
　　6.學習曲線分析，虛擬現(xiàn)實技術培訓組6期的學習曲線和傳統(tǒng)培訓組6期的學習曲線分析結果：在定位操作實踐的1至6期，虛擬現(xiàn)實技術

12、培訓組的學習曲線處于傳統(tǒng)培訓組的學習曲線下方；其中定位操作實踐的1至4期，虛擬現(xiàn)實技術培訓組的學習曲線與傳統(tǒng)培訓組的學習曲線的間距呈現(xiàn)振蕩漸近狀態(tài)，從4期以后，虛擬現(xiàn)實技術培訓組的學習曲線與傳統(tǒng)培訓組的學習曲線呈現(xiàn)平穩(wěn)漸近趨勢。
　　結論：
　　1.在超聲消融子宮肌瘤中US-MRI的配準、融合是可以實現(xiàn)的。US-MRI配準技術可以在一定程度上，彌補MRI不能實時監(jiān)控的缺點和US分辨力低的缺點，提高圖像的清晰度、擴大視野、輔助