时间解析的动态CBCT重建使用先前无模型的时空高斯表示 (PMF-STGR)
Jiacheng Xie1,2,3, Hua-Chieh Shao1,2,3, You Zhang1,2,3
1Department of Radiation Oncology, The Advanced Imaging and Informatics for Radiation Therapy (AIRT) Laboratory, Dallas, TX 75390, United States of America.
Physics in medicine and biology
|July 25, 2025
概括
本研究介绍了PMF-STGR,这是一种基于高斯的新型框架,用于快速准确的动态计算机断层扫描 (CBCT) 重建. 在放射治疗中,PMF-STGR显著提高了重建速度和图像质量,用于表征扫描内运动.
科学领域:
- 医疗成像医学成像
- 放射治疗 物理 物理
- 计算成像技术的成像
背景情况:
- 动态圆束CT (CBCT) 成像对于特征扫描内运动至关重要,可实现精确的患者设置和适应运动的放射治疗.
- 目前用于动态CBCT重建的方法在速度和准确性方面面临挑战,这限制了它们的临床适用性.
研究的目的:
- 开发和评估一种基于高斯表示的新型框架 (PMF-STGR),用于快速准确的时间解析CBCT重建.
- 使用3D高斯模型模拟内部扫描患者解剖学和运动,以提高动态CBCT准确度.
主要方法:
- 开发了PMF-STGR,使用密集的3D高斯数组作为参考CBCT和另一组作为运动基础组件 (MBC).
- 采用基于CNN的运动编码器来确定MBC的时间系数,生成变形向量场.
- 从没有先前模型的标准3D CBCT扫描中以"一次性"训练方式重建动态CBCT.
主要成果:
- 与基于隐性神经表示 (INR) 的方法 (PMF-STINR) 相比,PMF-STGR在XCAT幻影模拟和患者扫描中表现出更高的性能.
- 在改进的图像质量 (更低的RE,更高的SSIM) 和可比/更好的运动精度下,实现了大约50%的重建时间缩短.
- 对于PMF-STGR的平均RE,SSIM和COME分别为0.128 ((0.009),0.990 ((0.002) 和0.71毫米 ((0.40毫米),表现优于PMF-STINR.
结论:
- PMF-STGR为动态CBCT重建提供了更高的效率和准确性.
- 该框架的表现表明,在放射治疗应用中临床转化具有重大潜力.
- 改进的动态CBCT成像可促进更好的运动特征和适应性治疗策略.
