Curso MNPS 2017. Registro e Fusão de imagens. Image Registration and Fusion

Curso de Atualização e Técnicas Avançadas em MNPS – 2017 (ver 10.36.00)

Recursos de Registro e Fusão multimodal de imagens

Armando Alaminos Bouza.Físico-Médico

Equipe de desenvolvimento do MNPS/CAT3DMevis Informática Médica LTDA. Brasil

São Paulo. 24 de Junho 2017.

Até a versão 10.32.02 o MNPS apresentava dois caminhos para iniciar o registro:

• Registro por POIs (necessita 4 ou mais POIs nas imagens externas e internas)• Registro por Maximização da Informação Mútua (MI).

O registro por Maximização de MI parte de uma orientação e posição dos eixos de ambos volumes de imagens (exemplo CT e MRI). A maximização da MI se atinge como um processo de otimização não-linear e estes processos podem ficar “presos” dentro de um máximo local, que parece “bom” para a matemática do sistema mas não é o máximo global.

Problema: Rotação > 90 graus Problema: Volumes espelhados

Para resolver os casos anteriores e ainda usufruir das vantagens da Maximização de MI podemos fazer registro por POIs e depois utilizar Maximização MI para otimizar o resultado. Normalmente isto produz resultados de registro muito bons.

Esta solução obriga a criar 4 ou mais POIs em ambas sequências, com a mesma ortografia, em pontos anatômicos equivalentes. Esta metodologia é satisfatória e segura, porém alguns usuários avaliam que toma tempo e resulta pouco intuitiva.

Com o objetivo de criar caminhos mais simples e intuitivos implementamos um método equivalente a aproximação inicial por POIs sem a necessidade de criar os ditos POIs.

A seguir vamos descrever a forma de operação com o novo método, que já contém várias melhoras em relação a sua primeira implementação no ano de 2015.

Cada vez que o MNPS inicia a Maximização de MI pergunta:

“Need to define registration points?” .

Se você tem a suspeita que os conjuntos de imagens são de difícil registro via Maximização de MI pura, ou já testou e não deu resultado ótimo, selecione Sim.

Com isto o sistema cria uma janela bipartida que permite navegar pelas imagens internas (referência) e externas (flutuantes). O usuário deve identificar 3 ou mais pontos equivalentes e vinculá-los graficamente com um segmento de reta.

NOTA: Geralmente a fusão de CT axial com MRI axial pode ser feita em forma totalmente automática e não precisa deste recurso.

Layout da janela de trabalho para criar pares de pontos vinculados

• A sequência com a borda vermelha está selecionada para navegação.• Para mudar a sequência selecionada deve fazer CLICK do mouse na sequência • Pode navegar nas imagens com as teclas <PageUp> e <PageDown>.• Também pode ir ao início da sequência com botão “Go First IMG” e ao fim com “Go Last IMG”.

Quando localizar um par de planos que contém pontos equivalentes:• CLICK no botão “New Pair”.• Modificar o segmento de reta arrastando cada ponta com o mouse• Para terminar de criar o par pode usar tecla <ENTER> ou duplo CLICK

Após o ENTER a linha fica verde e o número de “Matching points” aumenta(este é outro caso, de CT axial com MRI em sagital)

Localizando olho esquerdo em sequência sagital. O normal é aparecer primeiro o direito

Após o terceiro par de pontos o MNPS verifica se já existem condições para iniciar a maximização da MI. Observar o sinal: “Matching looks GOOD !” .

Pon

tos

no

fas

tígi

o d

o IV

ven

tríc

ulo

NOTA: Em sequências sagitais fica confuso determinar qual é o olho direito (hemisfério direito) e esquerdo. Se a sequência foi feita com o padrão radiológico vigente, o primeiro olho a aparecer é o direito. Observar indexador da imagem na sequência como referência.Sugestão: Na sequência sagital CLICK no botão “Go First IMG”, depois dar <PageUp> até o centro do primeiro olho aparecer. Esse deve ser o direito.

Olho direito Olho esquerdo

Com apenas três pares de pontos o MNPS pode gerar um quarto ponto considerando que os corpos são rígidos e assumindo que ambos são sistemas do mesmo tipo de giro. O quarto ponto é criado com produtos vetoriais ( A x B ). Sendo válidas estas duas condições podemos terminar com três pontos marcados.

Sistemas de coordenadas cartesianas ortogonais tridimensionais

Produto vetorial emsistema dextrógiro

Caso as condições da lâmina anterior não sejam válidas ou ante a dúvida, o usuário deve marcar 4 ou mais pares de pontos para que o registro que segue seja correto.

Ao terminar de marcar pares de pontos deve fazer CLICK no botão “Done”.

Com estes pontos o MNPS vai calcular a matriz de transformação aproximada de uma sequência para a outra e vai dar inicio à Maximização da MI a partir dela.

O restante do processo é similar ao registro com Maximização da MI.

É importante destacar que agora podemos importar POIs e Tractografias, além de ROIs, da sequência de imagens externa.Veja na imagem que segue o novo menu da Fusão. Lembre que o menu da fusão abrecom <ALT-F5> ou pelo menu da ajuda.

Somente inicie esta importação depois que a qualidade do registro esteja comprovada, pois esta importação utiliza a mesma matriz de transformação da fusão.POIs que já existem não serão importados, para evitar perdas.

Outra novidade fundamental para explorar integralmente as possibilidades derivadas dos Virtual Fiducials é a capacidade do MNPS para exportar para fusão – coisa que apenas fazia o CAT3D.

Observe que existe uma entrada nova no menu “Load Sequence with Same Registration”. Este recurso facilita o registro de uma segunda sequência que tem a mesma orientação da sequência que está registrada e fundida. Exemplos, uma T1 seguida de um T2. Caso as sequências não estejam com orientação exatamente igual, sempre pode voltar ao menu e pedir uma nova maximização da informação mútua. Este recurso é fundamental para o uso do atlas LPBA40, primeiro deve registrar e fundir com a sequência máscara, somente depois se carrega a sequência de “labels”, com o mesmo registro que a máscara.

Dica para facilitar a fusão pormaximização de MI: Evite grandesdivergências dos volumes a registrar.

No caso ao lado a MRI vai até osombros do paciente enquanto a CT termina no topo de C1.

Informações complementares sobre registro e fusão estão disponíveis em aulas de cursos anteriores.

http://www.slideshare.net/alabouza/mnps-curso-20142

http://www.slideshare.net/alabouza/mnps-curso-20143