具有质量效应的生物物理脑肿瘤生长模型的多图谱标定
定量方法
2020-06-18 v1 计算工程、金融与科学
医学物理
摘要
我们提出了一种三维全自动方法，用于标定具有质量效应（即肿瘤引起的脑组织变形）的胶质母细胞瘤（GBM）生长偏微分方程（PDE）模型。我们从单次多参数磁共振成像（mpMRI）患者扫描中量化质量效应、肿瘤增殖、肿瘤迁移以及局部化肿瘤初始条件。该 PDE 是一个反应-平流-扩散偏微分方程，并与线性弹性方程耦合以捕捉质量效应。单次扫描标定模型因癌前（健康）脑解剖结构未知而 notoriously 困难。为解决这一固有不适定且病态的优化问题，我们引入了一种新颖的反演方案，该方案使用多个脑图谱作为健康癌前患者脑的代理，从而实现稳健可靠的参数估计。我们将该方法应用于代表胶质母细胞瘤中典型异质空间景观的合成与临床数据集，以证明我们方法的有效性与性能。在合成数据中，我们报告的标定误差（由不适定性和我们的求解方案引起）在 10%–20% 范围内。在临床数据中，我们报告与观测肿瘤良好的定量一致性，以及与质量效应（对此我们无真实值）的定性一致性。我们的方法使用最少参数集，并提供肿瘤浸润与质量效应的全局与局部定量度量。
引用
@article{arxiv.2006.09932,
title = {Multiatlas Calibration of Biophysical Brain Tumor Growth Models with Mass Effect},
author = {Shashank Subramanian and Klaudius Scheufele and Naveen Himthani and George Biros},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.09932},
year = {2020}
}
备注
Provisionally accepted to MICCAI 2020