Background and purpose: 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.
Methods: 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.
Results: Three atlases were generated based on GE_T2 (n = 30), GE_T2FS (n = 30), and Siem_T2FS (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.
Conclusion: 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.
Hintergrund und Zweck: Beurteilung einer automatischen Multi-Atlas-basiereden Segmentierungsmethode zur Erzeugung von Prostata-, Peripheren und LJbergangszonenkonturen (PZ/TZ) auf MRT Bildern (MRTs) mit und ohne Fettsattigung (+/− FS) und von MRT-Systemen verschiedener Hersteller.
Methoden: T2-gewichtete (T2) und fettgesattigte (T2FS) MRTs wurden auf 3T GE- und Siemens-Systemen aufgenommen. Manuelle Prostata- und PZ-Konturen wurden verwendet, um Atlas-Bibliotheken 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, intensitatsbasierenden, frei deformierbaren Registrierung. Die Konturen werden dem Testobjekt angepasst, und die ‘Dice Similarity Coefficients’ (DSC) und Hausdorff-Abstand zwischen atlasgenerierten und manuellen Konturen verwendet, um die LJbereinstimmung zu beurteilen.
Ergebnisse:: Drei Atlanten wurden basierend auf GE T2 (n = 30), GE T2FS (n = 30) und Siem_T2FS (n = 31) erstellt. Wenn die Testbilder mit dem gewahlten Kontrast und Atlashersteller ubereinstimmten, wurden DSC von 0,81 und 0,83 fur T2 +/− FS erhalten (Ausgangswert). Atlanten erreichten eine hohere Genauigkeit beim Segmentieren von: ((i)) T2FS Bildern verglichen mit T2 Bildern, wahrscheinlich aufgrund des besseren Kontrastes zwischen Prostata und umgebenden 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.
Fazit: Die MRT-Atlas-basierende Segmentierungsmethode erzielte gute Ergebnisse fur Prostata, PZ und TZ im Vergleich zu konturierten Volumina. Kombinierte Atlanten erreichten eine ahnliche LJbereinstimmung und Genauigkeit wie passender Atlas und Scan-Typ. Die Technik ist schnell, vollautomatisch und auf einer kommerziell erhaltlichen klinischen Plattform implementiert.
Keywords: Magnetic resonance imaging; Prostate neoplasms; Radiation oncologists; Radiotherapy; Segmentation.