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《重庆医科大学》 2017年
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US-MRI配准融合技术在超声消融子宫肌瘤中精确影像识别及智能化培训的研究

唐海英  
【摘要】:子宫肌瘤是育龄期妇女中极为常见的良性肿瘤,该肿瘤会导致一系列健康问题。高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融子宫肌瘤是一种无创治疗方法,其凭借微创性和保留患者生育能力等特性,正越来越受到妇科医生的重视。随着超声引导的HIFU技术广泛应用于临床,突破超声图像(Ultrasound Image,US)质量差、噪声大、视野窄的局限性,将超声图像与磁共振图像(Ultrasound Image and Magnetic resonance image,US-MRI)配准、融合技术用于提高超声消融子宫肌瘤中的影像识别精确度和推进智能化培训成为新的紧迫需求。为此超声医疗国家工程研究中心HIFU研究团队基于US-MRI配准、融合技术、三维重建技术等智能技术,开发出HIFU虚拟现实系统。本研究旨在评估超声消融子宫肌瘤中US-MRI配准、融合技术的精确影像识别能力和基于US-MRI配准技术的虚拟现实培训的效果,以期为其在超声消融子宫肌瘤中的运用、推广提供依据。目的:1.探讨US-MRI图像配准、融合技术在超声消融子宫肌瘤中的标定结构及其可行性。2.测量超声消融子宫肌瘤术中US-MRI图像配准技术的配准精确度。3.评估HIFU虚拟现实系统辅助超声消融子宫肌瘤手术定位培训的效果。方法:1.前瞻性地评估78例子宫肌瘤患者78组图像的配准与融合效果,筛选配准标定结构,评价配准技术的性能指标:配准精确度、可靠性和临床可行性。2.根据“客观结构化临床考试”规则设计虚拟测试项目,从信度和效度上评估虚拟培训及测试项目的质量。3.2015年12月到2017年1月在重庆医科大学附属第一医院超声消融治疗中心(卫生部高强度聚焦超声肿瘤治疗培训基地)参加超声消融子宫肌瘤手术培训的学员8名,学习内容为HIFU治疗前预定位。学员分配到虚拟现实培训组(虚拟组)和传统培训组(传统组),每组4人。同一名高级医生选出适合学员定位的患者240例,通过双盲法(学员和患者互相不能选择)分配给每位学员30例患者,按医生定位的顺序分为6期,每期每位医生完成5例患者的治疗前预定位。以定位时间为指标评价学习曲线,比较HIFU虚拟现实系统辅助超声消融子宫肌瘤手术定位培训的效果。结果:1.图像配准标定结构,78组图像,76组图像可以实现图像配准操作,2组子宫前位的图像(因为US与MRI显示的子宫位置变化过大不能实现图像配准)。76组图像配准后,清晰度均有提高。子宫、子宫肌瘤、耻骨、骶尾骨都可以根据边界线、标定点进行US与MRI的配准。用子宫的边界作为标志来配准同一子宫平面,配准清晰度显著增加(P=0.000);用子宫肌瘤的边界作为标志配准同一子宫肌瘤平面,配准清晰度显著增加(P=0.000);用耻骨的边界作为标志配准同一耻骨平面,配准清晰度显著增加(P=0.000);用骶岬作为标志点配准骶尾骨,配准清晰度显著增加(P=0.000)。2.配准的可行性评价结果,效果A,图像配准后清晰度有很好的改善:US与MRI有很好的相关性,扩大了视野,提高了病灶边界的清晰度。所占比例82.05%。效果B,图像配准后清晰度没有改善:US与MRI没有相关性:不能通过配准图像进行诊断。所占比例2.56%。效果C,在US上已经很清楚的,不需要通过配准图像进行诊断。所占比例为15.38%。3.配准精确度,子宫图像中,76组可实现图像配准操作,故以子宫的边界为配准标志物,配准子宫的配准误差为3.20±0.10mm,以子宫肌瘤的边界为配准标志物,配准子宫肌瘤的配准误差为3.00±1.25mm。45例患者的内膜边界在US上可见,故以内膜的边界为配准标志物,配准内膜的配准误差为2.20±0.45mm;33例患者的骶岬在US上可见,故以骶岬作为配准标志物,配准骶尾骨的配准误差为1.82±0.48mm;22例患者的耻骨边界在US上可见,故以耻骨边界为配准标志物,配准耻骨的配准误差为1.64±0.32mm。4.图像融合效果评价,以子宫肌瘤的边界作为标志配准图像后,实现MRI与US的全局融合。70组融合图像,3组(4.29%)融合效果为C级(C.融合图像的清晰度与配准后的图像相比病灶边界及周边解剖结构没有改善),67组(95.71%)融合效果为D级(D.融合图像的清晰度与配准后的图像相比病灶边界及周边解剖结构的清晰度下降)5.定位能力测试结果,可信度,Cronbach'sα=0.90。定位能力测试总成绩,虚拟组得分40.00±1.63分,传统组得分26.75±5.74分。虚拟组得分显著高于传统组得分(t=4.421,P=0.004)。定位能力测试子项目:(1)定位的设备操作能力测试项目,可信度Cronbach’sα=0.91,测试成绩,虚拟组得分16.25±2.36分,传统组得分12.00±4.24分。虚拟组得分与传统组得分相比差异无统计学意义(t=1.753,P=0.131);(2)定位中标志性解剖结构识别能力测试,可信度Cronbach’sα=0.87,测试成绩,虚拟组得分14.00±1.41分,传统组得分10.50±1.92分。虚拟组得分显著高于传统组得分(t=2.942,P=0.026);(3)定位中疑难情况判别能力测试项目,可信度Cronbach’sα=0.88,测试成绩,虚拟组得分9.75±2.63分,传统组得分4.25±1.25分。虚拟组得分显著高于传统组得分(t=3.774,P=0.017)。6.学习曲线分析,虚拟现实技术培训组6期的学习曲线和传统培训组6期的学习曲线分析结果:在定位操作实践的1至6期,虚拟现实技术培训组的学习曲线处于传统培训组的学习曲线下方;其中定位操作实践的1至4期,虚拟现实技术培训组的学习曲线与传统培训组的学习曲线的间距呈现振荡渐近状态,从4期以后,虚拟现实技术培训组的学习曲线与传统培训组的学习曲线呈现平稳渐近趋势。结论:1.在超声消融子宫肌瘤中US-MRI的配准、融合是可以实现的。US-MRI配准技术可以在一定程度上,弥补MRI不能实时监控的缺点和US分辨力低的缺点,提高图像的清晰度、扩大视野、辅助医生了解US上被伪影挡住的图像信息,有效提高超声消融子宫肌瘤中的影像识别效果。2.本研究的评估结果显示虚拟现实考核方案的可信性度、普适性好。虚拟现实系统辅助培训与传统的培训相比在学员的初始学习阶段具有更好的培训效果。
【学位授予单位】:重庆医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R737.33

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