DSC-Recon: Dual-Stage Complementary 4D Organ Reconstruction from X-ray Image Sequence for Intraoperative Fusion

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作者
Haixiao Geng,Jingfan Fan,Shuo Yang,Sigeng Chen,Deqiang Xiao,Danni Ai,Tianyu Fu,Hong Song,Kai Yuan,Feng Duan,Yongtian Wang,Jian Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (11): 3909-3923 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tmi.2024.3406876
摘要

Accurately reconstructing 4D critical organs contributes to the visual guidance in X-ray image-guided interventional operation. Current methods estimate intraoperative dynamic meshes by refining a static initial organ mesh from the semantic information in the single-frame X-ray images. However, these methods fall short of reconstructing an accurate and smooth organ sequence due to the distinct respiratory patterns between the initial mesh and X-ray image. To overcome this limitation, we propose a novel dual-stage complementary 4D organ reconstruction (DSC-Recon) model for recovering dynamic organ meshes by utilizing the preoperative and intraoperative data with different respiratory patterns. DSC-Recon is structured as a dual-stage framework: 1) The first stage focuses on addressing a flexible interpolation network applicable to multiple respiratory patterns, which could generate dynamic shape sequences between any pair of preoperative 3D meshes segmented from CT scans. 2) In the second stage, we present a deformation network to take the generated dynamic shape sequence as the initial prior and explore the discriminate feature (i.e., target organ areas and meaningful motion information) in the intraoperative X-ray images, predicting the deformed mesh by introducing a designed feature mapping pipeline integrated into the initialized shape refinement process. Experiments on simulated and clinical datasets demonstrate the superiority of our method over state-of-the-art methods in both quantitative and qualitative aspects.
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