US-MRI配準(zhǔn)融合技術(shù)在超聲消融子宮肌瘤中精確影像識(shí)別及智能化培訓(xùn)的研究.pdf

1、子宮肌瘤是育齡期婦女中極為常見(jiàn)的良性腫瘤，該腫瘤會(huì)導(dǎo)致一系列健康問(wèn)題。高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融子宮肌瘤是一種無(wú)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(lái)越受到婦科醫(yī)生的重視。隨著超聲引導(dǎo)的HIFU技術(shù)廣泛應(yīng)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(zhǔn)、融合技術(shù)用于提高超聲消融子宮肌瘤中的影像識(shí)別精確度和推進(jìn)智能化培訓(xùn)成為新的緊迫需求。為此超聲醫(yī)療國(guó)家工程研究中心HIFU研究團(tuán)隊(duì)基于US-MRI配準(zhǔn)、融合技術(shù)、三維重建技術(shù)等智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)出HIFU虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。本研究旨在評(píng)估超聲消融子宮肌瘤中US-MRI配準(zhǔn)、融合技術(shù)的精確影像識(shí)別能力和基于US-MRI配準(zhǔn)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)的效果，以期為其在超聲消融

3、子宮肌瘤中的運(yùn)用、推廣提供依據(jù)。
　　目的：
　　1.探討US-MRI圖像配準(zhǔn)、融合技術(shù)在超聲消融子宮肌瘤中的標(biāo)定結(jié)構(gòu)及其可行性。
　　2.測(cè)量超聲消融子宮肌瘤術(shù)中US-MRI圖像配準(zhǔn)技術(shù)的配準(zhǔn)精確度。
　　3.評(píng)估HIFU虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)輔助超聲消融子宮肌瘤手術(shù)定位培訓(xùn)的效果。
　　方法：
　　1.前瞻性地評(píng)估78例子宮肌瘤患者78組圖像的配準(zhǔn)與融合效果，篩選配準(zhǔn)標(biāo)定結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)配準(zhǔn)技術(shù)的性能指標(biāo)：配準(zhǔn)精

4、確度、可靠性和臨床可行性。
　　2.根據(jù)“客觀結(jié)構(gòu)化臨床考試”規(guī)則設(shè)計(jì)虛擬測(cè)試項(xiàng)目，從信度和效度上評(píng)估虛擬培訓(xùn)及測(cè)試項(xiàng)目的質(zhì)量。
　　3.2015年12月到2017年1月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院超聲消融治療中心(衛(wèi)生部高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療培訓(xùn)基地)參加超聲消融子宮肌瘤手術(shù)培訓(xùn)的學(xué)員8名，學(xué)習(xí)內(nèi)容為HIFU治療前預(yù)定位。學(xué)員分配到虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)組(虛擬組)和傳統(tǒng)培訓(xùn)組(傳統(tǒng)組)，每組4人。同一名高級(jí)醫(yī)生選出適合學(xué)員定位的患者

5、240例，通過(guò)雙盲法(學(xué)員和患者互相不能選擇)分配給每位學(xué)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(yù)定位。以定位時(shí)間為指標(biāo)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)曲線，比較HIFU虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)輔助超聲消融子宮肌瘤手術(shù)定位培訓(xùn)的效果。
　　結(jié)果：
　　1.圖像配準(zhǔn)標(biāo)定結(jié)構(gòu)，78組圖像，76組圖像可以實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)操作，2組子宮前位的圖像（因?yàn)閁S與MRI顯示的子宮位置變化過(guò)大不能實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)）。76組圖像配準(zhǔn)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(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行US與MRI的配準(zhǔn)。用子宮的邊界作為標(biāo)志來(lái)配準(zhǔn)同一子宮平面，配準(zhǔn)清晰度顯著增加(P=0.000)；用子宮肌瘤的邊界作為標(biāo)志配準(zhǔn)同一子宮肌瘤平面，配準(zhǔn)清晰度顯著增加(P=0.000)；用恥骨的邊界作為標(biāo)志配準(zhǔn)同一恥骨平面，配準(zhǔn)清晰度顯著增加(P=0.000)；用骶岬作為標(biāo)志點(diǎn)配準(zhǔn)骶尾骨，配準(zhǔn)清晰度顯著增加(P=0.000)。
　　2.配準(zhǔn)的可行性評(píng)價(jià)結(jié)果,效果A,圖像配準(zhǔn)后清晰

7、度有很好的改善：US與MRI有很好的相關(guān)性，擴(kuò)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(zhǔn)后清晰度沒(méi)有改善：US與MRI沒(méi)有相關(guān)性：不能通過(guò)配準(zhǔn)圖像進(jìn)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(guò)配準(zhǔn)圖像進(jìn)行診斷。所占比例為15.38%。
　　3.配準(zhǔn)精確度，子宮圖像中，76組可實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)操作，故以子宮的邊界為配準(zhǔn)標(biāo)志物，配準(zhǔn)子宮的配準(zhǔn)誤差為3.20±0.10mm，以子宮肌瘤的邊

8、界為配準(zhǔn)標(biāo)志物,配準(zhǔn)子宮肌瘤的配準(zhǔn)誤差為3.00±1.25mm。45例患者的內(nèi)膜邊界在US上可見(jiàn)，故以內(nèi)膜的邊界為配準(zhǔn)標(biāo)志物,配準(zhǔn)內(nèi)膜的配準(zhǔn)誤差為2.20±0.45mm；33例患者的骶岬在 US上可見(jiàn)，故以骶岬作為配準(zhǔn)標(biāo)志物,配準(zhǔn)骶尾骨的配準(zhǔn)誤差為1.82±0.48mm；22例患者的恥骨邊界在US上可見(jiàn)，故以恥骨邊界為配準(zhǔn)標(biāo)志物,配準(zhǔn)恥骨的配準(zhǔn)誤差為1.64±0.32mm。
　　4.圖像融合效果評(píng)價(jià)，以子宮肌瘤的邊界作為標(biāo)志配準(zhǔn)圖

9、像后，實(shí)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(jí)(C.融合圖像的清晰度與配準(zhǔn)后的圖像相比病灶邊界及周邊解剖結(jié)構(gòu)沒(méi)有改善)，67組(95.71%)融合效果為D級(jí)(D.融合圖像的清晰度與配準(zhǔn)后的圖像相比病灶邊界及周邊解剖結(jié)構(gòu)的清晰度下降)
　　5.定位能力測(cè)試結(jié)果，可信度，Cronbach'sα=0.90。定位能力測(cè)試總成績(jī),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(cè)試子項(xiàng)目：(1)定位的設(shè)備操作能力測(cè)試項(xiàng)目，可信度Cronbach’sα=0.91，測(cè)試成績(jī),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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.753，P=0.131)；(2)定位中標(biāo)志性解剖結(jié)構(gòu)識(shí)別能力測(cè)試，可信度Cronbach’sα=0.87，測(cè)試成績(jī),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(cè)試項(xiàng)目，可信度Cronbach’sα=0.88,測(cè)試成績(jī),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(xué)習(xí)曲線分析，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)組6期的學(xué)習(xí)曲線和傳統(tǒng)培訓(xùn)組6期的學(xué)習(xí)曲線分析結(jié)果：在定位操作實(shí)踐的1至6期，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

12、培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)曲線處于傳統(tǒng)培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)曲線下方；其中定位操作實(shí)踐的1至4期，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)曲線與傳統(tǒng)培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)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(shí)技術(shù)培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)曲線與傳統(tǒng)培訓(xùn)組的學(xué)習(xí)曲線呈現(xiàn)平穩(wěn)漸近趨勢(shì)。
　　結(jié)論：
　　1.在超聲消融子宮肌瘤中US-MRI的配準(zhǔn)、融合是可以實(shí)現(xiàn)的。US-MRI配準(zhǔn)技術(shù)可以在一定程度上，彌補(bǔ)MRI不能實(shí)時(shí)監(jiān)控的缺點(diǎn)和US分辨力低的缺點(diǎn)，提高圖像的清晰度、擴(kuò)大視野、輔助