Published February 6, 2019 | Version v1
Journal article

Towards a universal MRI atlas of the prostate and prostate zones

  • 1. Miller School of Medicine University of Miami, Department of Radiology, Miami, FL (United States)
  • 2. MIM software Inc., Research and Development, Cleveland, OH (United States)
  • 3. Miller School of Medicine University of Miami, Department of Radiation Oncology, Miami, FL (United States)

Description

The aim of this study was to evaluate an automatic multi-atlas-based segmentation method for generating prostate, peripheral (PZ), and transition zone (TZ) contours on MRIs with and without fat saturation (±FS), and compare MRIs from different vendor MRI systems. T2-weighted (T2) and fat-saturated (T2FS) MRIs were acquired on 3T GE (GE, Waukesha, WI, USA) and Siemens (Erlangen, Germany) systems. Manual prostate and PZ contours were used to create atlas libraries. As a test MRI is entered, the procedure for atlas segmentation automatically identifies the atlas subjects that best match the test subject, followed by a normalized intensity-based free-form deformable registration. The contours are transformed to the test subject, and Dice similarity coefficients (DSC) and Hausdorff distances between atlas-generated and manual contours were used to assess performance. Three atlases were generated based on GET2 (n = 30), GET2FS (n = 30), and SiemT2FS (n = 31). When test images matched the contrast and vendor of the atlas, DSCs of 0.81 and 0.83 for T2 ± FS were obtained (baseline performance). Atlases performed with higher accuracy when segmenting (i) T2FS vs. T2 images, likely due to a superior contrast between prostate vs. surrounding tissue; (ii) prostate vs. zonal anatomy; (iii) in the mid-gland vs. base and apex. Atlases performance declined when tested with images with differing contrast and MRI vendor. Conversely, combined atlases showed similar performance to baseline. The MRI atlas-based segmentation method achieved good results for prostate, PZ, and TZ compared to expert contoured volumes. Combined atlases performed similarly to matching atlas and scan type. The technique is fast, fully automatic, and implemented on commercially available clinical platform. (orig.)

Availability note (English)

Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-018-1348-5

Abstract (German)

Ziel der Studie war es, eine automatische multi-atlasbasierende Segmentierungsmethode zur Erzeugung von Prostata-, peripheren und Übergangszonenkonturen (PZ/TZ) auf Magnetresonanztomographie(MRT)-Bildern mit und ohne Fettsättigung (±FS) zu beurteilen und MRT-Systeme verschiedener Hersteller zu vergleichen. T2-gewichtete (T2) und fettgesättigte (T2FS) MRTs wurden auf 3T-Systemen von GE (GE, Waukesha, WI, USA) und Siemens (Erlangen, Deutschland) aufgenommen. Manuelle Prostata- und PZ-Konturen wurden verwendet, um Atlasbibliotheken zu erstellen. Nach dem Einlesen eines MRT-Testdatensatzes identifiziert das Verfahren zur Atlassegmentierung automatisch die Atlasobjekte, die am besten zum Testobjekt passen, gefolgt von einer normalisierten, intensitätsbasierenden, frei deformierbaren Registrierung. Die Konturen werden dem Testobjekt angepasst und die "Dice Similarity Coefficients" (DSC) und der Hausdorff-Abstand zwischen atlasgenerierten und manuellen Konturen verwendet, um die Übereinstimmung zu beurteilen. Drei Atlanten wurden basierend auf GET2 (n = 30), GET2FS (n = 30) und SiemT2FS (n = 31) erstellt. Wenn die Testbilder mit dem gewählten Kontrast und Atlashersteller übereinstimmten, wurden DSC von 0,81 und 0,83 für T2 ± FS erzielt (Ausgangswert). Atlanten erreichten eine höhere Genauigkeit beim Segmentieren von: (i) T2FS-Bildern verglichen mit T2-Bildern, wahrscheinlich aufgrund des besseren Kontrasts zwischen Prostata und umgebendem Gewebe auf T2FS-Bildern; (ii) Prostata verglichen mit zonaler Anatomie; (iii) der Drüsenmitte verglichen mit Basis und Apex. Die Qualität der Atlanten ging zurück, wenn sie mit Bildern mit unterschiedlichem Kontrast und MRT-Gerät getestet wurden. Umgekehrt zeigten kombinierte Atlanten eine ähnliche Übereinstimmung und Qualität wie der Ausgangswert. Die atlasbasierende MRT-Segmentierungsmethode erzielte gute Ergebnisse für Prostata, PZ und TZ im Vergleich zu konturierten Volumina. Kombinierte Atlanten erreichten eine ähnliche Übereinstimmung und Genauigkeit wie passender Atlas- und Scan-Typ. Die Technik ist schnell, vollautomatisch und auf einer kommerziell erhältlichen klinischen Plattform integriert. (orig.)

Additional details

Identifiers

Publishing Information

Journal Title
Strahlentherapie und Onkologie
Journal Volume
195
Journal Issue
2
Journal Page Range
p. 121-130
ISSN
0179-7158
CODEN
STONE4