Prediction of Frozen Region Growth in Kidney Cryoablation Intervention Using a 3D Flow-Matching Model

要約

この研究では、腎臓の凍結アブレーション中の凍結領域（氷玉）の進行を予測するように設計された3Dフローマッチングモデルを提示します。
正確な術中ガイダンスは、隣接する健康な組織を保存しながら、完全な腫瘍の根絶を確保するために凍結アブレーションにおいて重要です。
ただし、通常、物理学駆動型または拡散ベースのシミュレーションに基づいた従来の方法は、計算的に要求が厳しく、複雑な解剖学的構造を正確に表現するのに苦労しています。
これらの制限に対処するために、私たちのアプローチは術中CTイメージングを活用してモデルを通知します。
提案された3Dフローマッチングモデルは、初期段階のCTスキャンを将来の予測にマッピングする連続変形場を学習するように訓練されています。
この変換は、アイスボールの体積膨張を推定するだけでなく、対応するセグメンテーションマスクを生成し、時間の経過とともに空間的および形態学的変化を効果的にキャプチャします。
定量分析では、モデルの堅牢性を強調し、予測と地上真実のセグメンテーションとの強い一致を示しています。
このモデルは、0.61の組合（IOU）スコアと0.75のサイコロ係数を介した交差点を達成します。
リアルタイムのCTイメージングを高度なディープラーニングテクニックと統合することにより、このアプローチは、腎臓の凍結アブレーションの術中ガイダンスを強化し、手順の結果を改善し、低侵襲手術の分野を進める可能性があります。

要約(オリジナル)

This study presents a 3D flow-matching model designed to predict the progression of the frozen region (iceball) during kidney cryoablation. Precise intraoperative guidance is critical in cryoablation to ensure complete tumor eradication while preserving adjacent healthy tissue. However, conventional methods, typically based on physics driven or diffusion based simulations, are computationally demanding and often struggle to represent complex anatomical structures accurately. To address these limitations, our approach leverages intraoperative CT imaging to inform the model. The proposed 3D flow matching model is trained to learn a continuous deformation field that maps early-stage CT scans to future predictions. This transformation not only estimates the volumetric expansion of the iceball but also generates corresponding segmentation masks, effectively capturing spatial and morphological changes over time. Quantitative analysis highlights the model robustness, demonstrating strong agreement between predictions and ground-truth segmentations. The model achieves an Intersection over Union (IoU) score of 0.61 and a Dice coefficient of 0.75. By integrating real time CT imaging with advanced deep learning techniques, this approach has the potential to enhance intraoperative guidance in kidney cryoablation, improving procedural outcomes and advancing the field of minimally invasive surgery.

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