面向动态消化运动的模态无关、患者特异的数字孪生体建模
摘要
目的：临床应用中，对可变形图像配准（DIR）要求基于体素的空间精度指标，如手动确定的 landmarks，这对高度移动的消化道（GI）器官实施起来具有挑战性。为此，创建了用于评估 DIR 方法准确性的患者特异数字孪生体（DT），以模拟消化 GI 运动的 temporally varying 运动。方法：从静态 3D 患者扫描通过已发布的解析 GI 运动模型生成 21 个运动相位，模拟消化 GI 运动的 4D 序列。包含 11 个数据集：6 个 T2w FSE MRI、2 个 T1w 4D golden-angle stack-of-stars 以及 3 个对比增强 CT 扫描。评估 DT 的运动幅度与从独立 4D MRI 数据集中提取的真实患者胃运动幅度。随后将生成的 DT 用于评估 6 种不同的 DIR 方法，计算目标注册误差、Dice 相似系数和 95 百分位 Hausdorff 距离，并通过摘要指标和体素级别的细粒度可视化呈现。最后，针对接受 MR 指导放射治疗的部分 T2w MRI 扫描，对剂量分布进行变形和累积，以评估剂量变形误差，包括对 DIR 在低剂量和高剂量区域的性能进行评估，以实现患者特异的误差估计。主要结果：本文提出的管道合成了模拟真实 GI 运动的 DT，实现了均值和最大运动幅度以及均值 log Jacobian 行列式在 0.8 mm 和 0.01 之间，接近已发表的真实患者胃运动数据。它还可实现详细的定量 DIR 性能指标提取和剂量映射准确性的严格验证。意义：该管道可用于对动态、解剖复杂区域进行严格的 DIR 工具测试，实现细粒度的空间和剂量学精度。
引用
@article{arxiv.2507.01909,
title = {Modality-agnostic, patient-specific digital twins modeling temporally varying digestive motion},
author = {Jorge Tapias Gomez and Nishant Nadkarni and Lando S. Bosma and Jue Jiang and Ergys D. Subashi and William P. Segars and James M. Balter and Mert R Sabuncu and Neelam Tyagi and Harini Veeraraghavan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.01909},
year = {2026}
}
备注
This work is still review, it contains 7 Pages, 6 figures, and 4 tables