Three-dimensional reconstruction and characterization of bladder deformations

要約

背景と目的: 骨盤底障害は一般的な疾患であり、骨盤底のダイナミクスがよくわかっていないため、患者のケアは依然として困難です。
これまでのところ、排泄時の緊張運動の 2D 動的観察のみが診療所で利用可能であり、3 次元の骨盤臓器の機械的欠陥の理解はまだ達成されていません。
これに関連して、運動中の非可逆的な膀胱変形の 3D 表現の完全な方法論を提案し、臓器表面の最大ひずみ領域の位置の合成 3D 表現と直接組み合わせました。
方法: 新しい画像セグメンテーションと登録のアプローチは、リアルタイムの動的膀胱ボリュームの再構築のための最新の高速動的マルチ スライス MRI 取得の 3 つの幾何学的構成と組み合わされています。
結果: 初めて、ボア内強制呼吸運動による緊張下の膀胱のリアルタイム 3D 変形フィールドを提案しました。
私たちの方法の可能性は、強制呼吸訓練を受けている8人の対照被験者で評価されました。
再構成された膀胱の動的体積の平均体積偏差は約 2.5\% で、平均距離値が 0.4 $\pm$ 0.3 mm、ハウスドルフ距離値が 2.2 $\pm$ 1.1 mm の高い位置合わせ精度が得られました。
結論: 迅速な取得ですぐに診療所に移すことができる提案されたフレームワークは、膀胱の非可逆的変形の適切な 3D+t 空間追跡を初めて提供するため、骨盤底障害の分野における真の進歩を表しています。
この作業は、診断支援または術前の外科計画における骨盤底病変の重症度をより適切に特徴付けるために、空洞の充填および排泄を伴う患者に拡張されることを目的としています。

要約(オリジナル)

Background and Objective: Pelvic floor disorders are prevalent diseases and patient care remains difficult as the dynamics of the pelvic floor remains poorly known. So far, only 2D dynamic observations of straining exercises at excretion are available in the clinics and the understanding of three-dimensional pelvic organs mechanical defects is not yet achievable. In this context, we proposed a complete methodology for the 3D representation of the non-reversible bladder deformations during exercises, directly combined with synthesized 3D representation of the location of the highest strain areas on the organ surface. Methods: Novel image segmentation and registration approaches have been combined with three geometrical configurations of up-to-date rapid dynamic multi-slices MRI acquisition for the reconstruction of real-time dynamic bladder volumes. Results: For the first time, we proposed real-time 3D deformation fields of the bladder under strain from in-bore forced breathing exercises. The potential of our method was assessed on eight control subjects undergoing forced breathing exercises. We obtained average volume deviation of the reconstructed dynamic volume of bladders around 2.5\% and high registration accuracy with mean distance values of 0.4 $\pm$ 0.3 mm and Hausdorff distance values of 2.2 $\pm$ 1.1 mm. Conclusions: Immediately transferable to the clinics with rapid acquisitions, the proposed framework represents a real advance in the field of pelvic floor disorders as it provides, for the first time, a proper 3D+t spatial tracking of bladder non-reversible deformations. This work is intended to be extended to patients with cavities filling and excretion to better characterize the degree of severity of pelvic floor pathologies for diagnostic assistance or in preoperative surgical planning.

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