基于图像序列分类的超声引导放疗探头辅助定位

在前列腺外照射放疗中，有效的经会阴超声图像引导需要在患者摆位时每次治疗都保持探头与前列腺的一致对齐。探头放置和超声图像解读是依赖操作者技能的手动任务，导致操作者间的不确定性，降低了放疗精度。我们展示了一种通过联合分类图像与探头位置数据来确保准确探头放置的方法。利用多输入多任务算法，来自光学跟踪超声探头的空间坐标数据与使用循环神经网络的图像分类器相结合，实时生成两组预测。第一组使用以下类别识别视野中可见的相关前列腺解剖结构：前列腺外部、前列腺边缘、前列腺中心。第二组推荐探头角度调整以实现探头与前列腺中心的对齐，类别为：向左移、向右移、停止。该算法在来自 32 名患者的 61 次治疗会话的 9,743 张临床图像上进行了训练和测试。我们针对由三名经验丰富观察者以 2/3 和 3/3 一致阈值得出的类标签评估了分类准确率。对于观察者完全一致的图像，解剖分类准确率为 97.2%，探头调整准确率为 94.9%。该算法在具有完全观察者一致的角度标签的 3.7°（1.2°）均值（标准差）范围内识别出最优探头对齐，可与 2.8°（2.6°）均值观察者间范围相比。我们提出此类算法可通过在患者摆位期间提供有效的实时反馈，协助超声图像解读经验有限的放疗从业者。