Registration of lung nodules using a semi-rigid model: method and preliminary results.
Registration of lung nodules using a semi-rigid model: method and preliminary results.
复制标题
使用半刚性模型登记肺结节：方法和初步结果。
DOI：
10.1118/1.2432073
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发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
3.8
通讯作者：
Napel,Sandy
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sun,Shaohua;Rubin,GeoffreyD;Paik,David;Steiner,RobertM;Zhuge,Feng;Napel,Sandy
通过计算机断层扫描（CT）对同一患者在不同时间获得的肺结节的跟踪有助于确定恶性肿瘤。我们正在开发一个模块注册系统来促进这一过程。我们建议使用半刚性方法，考虑围绕结节的主要结构，并允许结构之间的相对运动。采用模拟退火框架的两层优化方法实现了图像相关性和结构间弹性变形程度的相似性度量的最大化。我们通过模拟5例代表生理变形以及不同结节形状/大小随时间变化的病例来测试我们的方法。每个病例都由源扫描和目标扫描组成，其中源扫描由无结节的患者CT体积组成，我们将十个模拟肺结节插入其中，目标扫描是将已知的基于生理学的非刚性转换应用于无结节的源扫描，我们在相同的已知位置插入相应结节的修改版本。采用五种不同的修饰策略，每一种针对五种情况：(1)结节保持大小和形状，(2)结节消失，(3)结节均匀缩小2倍，(4)结节均匀生长2倍，(5)结节不均匀生长。我们还对来自12名患者的97个真实结节进行配对扫描（在不同时间获得），并将我们的登记与放射科医生的视觉确定进行比较。在模拟实验中，五种情况的平均绝对配准误差分别为（s.d）、（s.d）、（s.d）、（s.d）和（s.d）。对于12例患者扫描的97对结节，平均绝对登记误差为（sd）。
The tracking of lung nodules across computed tomography (CT) scans acquired at different times for the same patient is helpful for the determination of malignancy. We are developing a nodule registration system to facilitate this process. We propose to use a semi‐rigid method that considers principal structures surrounding the nodule and allows relative movements among the structures. The proposed similarity metric, which evaluates both the image correlation and the degree of elastic deformation amongst the structures, is maximized by a two‐layered optimization method, employing a simulated annealing framework. We tested our method by simulating five cases that represent physiological deformation as well as different nodule shape/size changes with time. Each case is made up of a source and target scan, where the source scan consists of a nodule‐free patient CT volume into which we inserted ten simulated lung nodules, and the target scan is the result of applying a known, physiologically based nonrigid transformation to the nodule‐free source scan, into which we inserted modified versions of the corresponding nodules at the same, known locations. Five different modification strategies were used, one for each of the five cases: (1) nodules maintain size and shape, (2) nodules disappear, (3) nodules shrink uniformly by a factor of 2, (4) nodules grow uniformly by a factor of 2, and (5) nodules grow nonuniformly. We also matched 97 real nodules in pairs of scans (acquired at different times) from 12 patients and compared our registration to a radiologist's visual determination. In the simulation experiments, the mean absolute registration errors were (s.d.), (s.d.), (s.d.), (s.d.), and (s.d.) for the five cases, respectively. For the 97 nodule pairs in 12 patient scans, the mean absolute registration error was (s.d.).
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