vol. 4 5/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
264
artykuł
\
article
obrazowanie medyczne
\
medical imaging
zbiorach danych. Wykorzystują one standardowe metody nume-
ryczne do określenia parametrów transformacji, które minima-
lizują lub maksymalizują tę miarę. Funkcje wykorzystywane do
obliczenia tej miary bazują na miarach geometrycznych (homo-
logiczne punkty, linie lub powierzchnie, lub ich kombinacje) po-
chodzących z zestawów danych lub danych wyrażanych skalą sza-
rości. Geometryczne cechy obrazów dotyczą także elementów/
narzędzi stosowanych w obrazowaniu na rzecz planowania w ra-
dioterapii: znaczniki TK, ramy stereotaktyczne (Rys. 9). Przede
wszystkim jednak w fuzji wykorzystuje się punkty anatomiczne
(Rys. 8) lub wyodrębnione powierzchnie. Parametry wykorzysty-
wane do modelowania transformacji współrzędnych pomiędzy
dwoma zestawami danych zależą od metod leczenia i obszarów
klinicznych. Podczas fuzji obrazów z różnych modalności należy
zwrócić uwagę na inwertywnie ustawioną orientację pacjenta.
W przypadku „sztywnej anatomii”, jak w przypadku czasz-
ki i miednicy, wymagane są tylko 3 obroty (qx, qy, qz) i 3 tran-
skrypcje (tx, ty, tz). Obecność zniekształceń obrazu lub brak
wzajemnego skalibrowania urządzeń obrazowania wymagały-
by większej liczby stopni swobody (DOF), np.: anizotropowego
skalowania (sx, sy, sz). W przypadku braku właściwej kalibracji
urządzeń, rozwiązanie wiąże się z ich właściwą kontrolą jakości,
a nie z korekcją rejestracji obrazów. Należy jednak być świado-
mym tego, że rzadko można mieć zapewnioną taką kontrolę
wszystkich urządzeń do przetwarzania obrazu, aby były wła-
ściwie ustawione przed rejestracją danych obrazowych. Sytu-
acja komplikuje się, gdy anatomia nie jest „sztywna”. W takich
przypadkach wymagana jest transformacja z udziałem większej
liczby stopni swobody. W obszarze zagadnień związanych z fuzją
obrazów wciąż prowadzone są badania. W związku z tym dalej
głównym zastosowaniem multimodalnych danych obrazowych
w radioterapii są regiony mózgu i miednicy.
Metody fuzji w radioterapii wykorzystują głównie dwa ro-
dzaje algorytmów – jeden bazuje na wyodrębnieniu struktur
anatomicznych (powierzchnia dopasowania), a drugi korzysta
z informacji wyrażanej bezpośrednio w skali szarości (wzajemna
informacja).
Rejestracja oparta na powierzchniach
Przy rejestracji powierzchni, opartej na powierzchni jednego
lub więcej struktur anatomicznych, ekstrahuje się dane obra-
zu i wykorzystuje do obliczeń i minimalizowania rozbieżności
między zbiorami danych. Najczęściej metoda ta używana jest
w przypadku struktur anatomicznych czaszki i mózgu, miednicy
(prostata). Powierzchnia z pierwszego badania jest reprezento-
wana jako objętość binarna lub dokładny wielokąt powierzchni,
natomiast powierzchnie z badania drugiego są reprezentowane
przez zbiór punktów pobranych z powierzchni struktury. Miarą,
która reprezentuje stopień rozbieżności między tymi dwoma
zestawami danych, oblicza się jako sumę lub średnią odległość
punktów z obu badań.
Rejestracja oparta na obrazie
Przy rejestracji obrazu, opartego na danych w skali szarości, sto-
suje się bezpośrednio obliczanie miary niedopasowania lub po-
dobieństwa pomiędzy dwoma zestawami danych. Podejście to
wymaga znacznie mniejszego wstępnego przetwarzania danych
niż w poprzednimalgorytmie. Jedną z metod, głównie stosowaną
w tym przypadku, jest rejestracja przy użyciu miary wzajemnego
informowania (MI). Wymiana informacji to pojęcie z zakresu teorii
informacji; jest miarą tego, jak wiele nadmiernej informacji jest
obecnej między parą zbiorów analizowanych danych. Ilość infor-
macji w zbiorze, w tym przypadku obrazu, określa się przez całko-
wanie połączeń i poszczególnych gęstości prawdopodobieństwa.
Wspólny rozkład prawdopodobieństwa jest obliczany z histo-
gramu 2-D par skali szarości z zestawów danych w każdej iteracji
transformacji współrzędnych. Gdy dwa obrazy nie są prawidłowo
ustawione, prawdopodobieństwo przewidywania homologicznej
wartości wokseli w obu zestawach danych jest mała, powodując
zmniejszenia MI (mniej skupione histogramy). Zarówno zwiększe-
nie redundancji informacji i wyższamiara wzajemności informacji,
skutkują wzrostem miary MI (bardziej skupione histogramy) po-
przez maksymalizację wspólnych prawdopodobieństw, gdy obra-
zy są odpowiednio wyrównane.
Techniki interaktywne
Oprócz metod numerycznych, są także dostępne interaktywne
techniki rejestracji zbioru danych. Techniki te zastępują miarę
Rys. 8
Fuzja TK-TK względem struktur anatomicznych. Źródło: własne.
Rys. 9
Fuzja TK-TK względem znaczników TK. Źródło: własne.
