Bildregistrierung

Funktionsweise

Bildregistrierung richtet zwei Bilder aneinander aus: ein feststehendes und ein bewegtes, aus derselben oder aus unterschiedlichen Modalitäten. Sie ist der Schritt hinter jedem Verlaufsvergleich, vom onkologischen Restaging über die MRT-Verlaufskontrolle des Schädels bis zum Vergleich mit einem früheren Thorax-CT, und hinter der multimodalen Fusion wie MRT auf CT.

Die Standardanalyse berechnet eine starre oder affine Transformation, die sichere Wahl für die meisten Vergleiche. Die deformierbare Registrierung ist optional und liefert ein Verschiebungsfeld mit einer Faltungsprüfung. Jede Analyse liefert zudem das bewegte Bild, auf das feststehende umgerechnet, weil nur wenige PACS Registrierungsobjekte allein darstellen.

Einsatzzweck

Technische Unterstützung für Vergleich und Fusion: eine Voruntersuchung in denselben Raum wie die aktuelle bringen, eine zweite Modalität für Befundung oder Planung fusionieren und Regions of Interest von einem Zeitpunkt auf den nächsten übertragen. Ein deformierbares Feld kann echtes Wachstum verdecken, wenn es unbedacht zur Messung von Veränderungen genutzt wird, daher ist die starre oder affine Ausrichtung die Voreinstellung und die deformierbare Registrierung eine bewusste Wahl.

Zielgruppe

Radiologen und Onkologen, die Untersuchungen im Verlauf vergleichen, Strahlentherapie- und Nuklearmedizinteams, die Modalitäten fusionieren, Forschende mit longitudinalen Analysen und Entwickler, die eine Ausrichtung in eigenen Pipelines benötigen.

Unterstützte Eingaben

• Zwei Serien: ein feststehendes und ein bewegtes Bild, als DICOM-Serien oder NIfTI-Volumina, derselben oder unterschiedlicher Modalität.
• Zwei Untersuchungen: eine aktuelle Untersuchung in files und eine Voruntersuchung in prior_files, für das unten beschriebene longitudinale Tool.

Anforderungen

Anforderung	Grund
Korrekter Abstand, Position und Orientierung in beiden Bildern	Die Transformation wird im Patientenkoordinatensystem berechnet
Überlappende Anatomie	Die Registrierung benötigt gemeinsame Strukturen zum Abgleich
Ähnliche Phase bei deformierbaren Analysen	Unterschiedliche Kontrastmittelphasen oder Atemlagen können als Deformation fehlgedeutet werden

Unterschiedliche Bildfelder zwischen Untersuchungen und große anatomische Veränderungen nach Operation oder Gewichtsverlust mindern die Registrierungsqualität; die Qualitätsprüfungen weisen dies aus.

Optionen

options.transform wählt starr, affin oder deformierbar. Ohne diese Angabe ist die Analyse starr oder affin.

Das Ergebnis

Ein Ergebnis pro Bildpaar: die Transformation, das umgerechnete bewegte Bild und Qualitätsprüfungen.

Abschnitt	Inhalt
Starre und affine Registrierung	Starre oder affine Transformation und das auf das feststehende Bild umgerechnete bewegte Bild
Deformierbare Registrierung	Verschiebungsfeld, verformtes Bild und eine Faltungsprüfung auf Basis der Jacobi-Determinante

Standards

• DICOM: Spatial Registration Storage für starre und affine Transformationen; Deformable Spatial Registration Storage für Verschiebungsfelder; umgerechnete Serien als neue DICOM-Serien.
• Weitere Formate: ITK-Transformationsdateien und NIfTI-Verschiebungsfelder.

Ergänzende Tools

• utils/register/align: die auf dieser Seite beschriebene paarweise Analyse.
• utils/register/longitudinal: aktuelle Untersuchung und Voruntersuchung als Eingabe, zugeordnete Serienpaare als Ausgabe, entlang der Körperachse anhand eines Körperregion-Scores ausgerichtet, starr und optional deformierbar registriert; die Transformation wird als DICOM REG geliefert, übertragene Masken und Regions of Interest als SEG.

Hinweise zur Qualität

Die Faltungsprüfung gibt an, wo die Jacobi-Determinante des Verschiebungsfelds null oder negativ ist, also wo die Deformation Gewebe auf sich selbst faltet; solche Regionen werden gekennzeichnet, damit dort keine Veränderung gemessen wird.