Fusão com pontos de referência

Por qué fusão com pontos se temos fusão automática ?

• Método automático nem sempre converge quando inicia com grande desvio angular entre as modalidades.• Operações geométricas de “espelho” (mirror) não tem tratamento em automático.• O registro por pontos pode ser usado como aproximação inicial do modo automático.• Caso de superposição parcial de volumes pode comprometer convergência de método automático.• Método automático apenas tem modelo de corpo rígido. Método por pontos pode tratar elasticidade de um

corpo (geralmente a MRI).

Registrar isto ?

Sim, podemos !

Como caso de teste vamos fundir sequência de RMI coronal com CT axial

No filtro DICOM, ordenar as imagens como sequência coronal, pelo valor do Y

Redefinir “Field Of View” (FOV)Excluir, se for possivel, regiões fora da área de interesse ausentes da CT, para amenizar

problemas gerados pela superposição parcial de volumes.

Caso seja útil exportar varias sequências de MRI, deve-se utilizar o recurso de renomear (rename), para evitar conflito entre arquivos. Exemplo : “Fulano_T1” , “Fulano_T2” , “Fulano_Cor_T1”.

Elimine (de-selecione) imagens com artefatos ou vazias.

Para finalizar, exporte as MRI para continuar processando no CAT3D.

Continue no CAT3D. Não necessita alinhar as imagens, isso é somente para imagens digitalizadas com um scanner de filmes.

CAT3D abre o mosaico de imagens, dar duplo click em uma das imagens para abrir a janela de planejamento.

A janela de cinzas pode estar fora do ideal no inicio. Selecione a ferramenta de brilho e contraste para ajustar a imagem ou con botão direito do mouse sobre a imagem.

Modifique a janela de cinzas até conseguir uma imagem como na figura ao lado.

Agora vamos buscar pontos anatómicos de facil identificação na MRI e CT para marcar POIs neles.

• Va com o cursor até o centro de um ponto de referência, clique nele.

• Dê um click no botão POI ou aperte a tecla <HOME>.

• Dê um nome para o POI. • O nome do POI na MRI deve ser igual

ao POI que será marcado na CT para que ele seja considerado pelo MNPS na hora do registro.

“fastigial recess of fourth ventricle”

O ponto fastigial do quarto ventrículo é um ponto bem definido na MRI e na CT, alem disso, ele é ponto singular no plano sagittal. Recomendamos chamar o POI dele como : FAST

Marque o centro de cada globo ocular. Em Português costumo identificá-los como : OE e OD.

OE = olho esquerdoOD = olho direito

Marque o ponto de intersecção entre o aqueduto cerebral e o terceiro ventrículo, na frente, embaixo da pineal.

Chamo a este POI como : AQUE

Quatro POIs são suficientes para definir o registro entre dois volumes anatômicos, mas pode marcar mais e isso deve diminuir o impacto do erro accidental do operador na solução.

Por último, menciono o Foramem de Monro (foramen of Monro).Neste caso marcado o lado esquerdo dele como FME.

Outros pontos anatômicos podem ser úteis. Pense naqueles que são de facil identificação em ambas modalidades e que sejam pontiformes, como bifurcações vasculares quando se tem medio de contraste presente em ambas técnicas.

Para concluir salve o plano. Depois va ao menu inicial , selecione “Files” e “Export for Fusion”.

O CAT3D exporta as imagens, o volume 3D, os POIs e possíveis ROIs para a pasta \MNPS\Fusion\ e tudo fica pronto para o MNPS registrar e fundir esta sequência de MRI.

Pressione uma tecla para fechar a janela informativa e agora pode ir para o MNPS, onde pode estar já iniciada a sequência estereotáxica, ou caso contrario inicie o plano da CT estereotaxia.

Dentro do MNPS, no plano da CT estereotáxica, marque os mesmos pontos anatômicos como POIs. É absolutamente necessário que os nomes de POI equivalentes na CT e a MRI tenham a mesma grafia. Não é necessário preocupar-se por maiúsculas e minúsculas, pois o MNPS converte todo nome de POI a maiúscula.

Feita a marcação, salve o plano, por segurança (botão do disquete).

Para continua, no MNPS, clique no botão de fusão, indicado na figura, ou aperte a tecla <F5> que é equivalente.

O MNPS identifica que existem 4 ou mais POIs em comum entre ambas sequências e por isso utiliza o algoritmo de registro baseado em pontos de referência. A primeira janela informativa que abre é muito util, pois apresenta uma espectativa das margens de erro que conseguimos com os pontos propostos. Se apresenta o erro por pontos e o erro medio de todos os pontos, este último dado poderia interpreter-se como preditor da margem de erro que vamos ter no alvo se ele for localizado pela imagem da MRI (imagem flutuante).

Segundo os ensinamentos da estatística matemática, na medida que aumentamos o número de pontos de referência e considerando que o erro embutido em cada ponto é isotrópicamente aleatório (podemos errar em qualquer direção com igual probabilidade), nossa espectativa de melhorar o erro é :

ErroMedio ~

Onde N é o número total de pontos de referência.

O MNPS suporta até 128 pontos de referência para utilizar no registro. É claro que para um operador “humano” marcar mais do que 6 a 8 pontos resulta complicado e isso é mais do que suficiente em nossa experiencia.

Porém, o MNPS oferece outra forma de melhorar nossa proposta de registro com pontos de referência sem demandar muito trabalho do operador: acionar a Maximização de Informação Mútua a partir do registro com pontos.

Para otimizar o registro, fazer click no botão “?”, para abrir o menu da ajuda. No menu ajuda, dê um click em “Fusion Menu” (atalho ao fusion menu: <ALT-F5>). No menu da fusão dê um click em “Mutual Information Maximization” .

As imagens deste slide apresentam o estado do registro por maximização de MI no início e após 20 rodadas do otimizador incorporado ao MNPS. A MI foi de 1.3385 para 1.3964. As mudanças na imagem por bandas são pouco evidentes, pois partimos de uma solução boa baseada em pontos.

Após observer que o valor de MI não aumenta mais e que a imagem por bandas está boa, aperte a tecla <ESC> para detener o processo.

Para verificar a efetividade da MI vamos a criar um registro com pontos fora de lugar.

Os pontos na MRI foram conservados no centro dos globos oculares, mas os POIs equivalentes na CT foram colocados muito deslocados , ambos no mesmo sentido (direita do paciente), o que cria um erro angular grande.

Vamos pedir ao MNPS que tente arrumar via maximização da MI.

Este resultado prova que o algoritmo baseado em MI do MNPS pode otimizar um registro ruim com pontos e conseguir um registro bom ao atingir um máximo da MI entre as duas modalidades de imagens.

O que equivale a que um operador do sistema, ainda que cometa erros significativos na identificação anatómica, pode ser salvo pela maximização de MI! .

Mas a aproximação grosseira deste teste foi suficiente para introduzir as operações de espelho necessarias na transformação e aproximar angularmente ambos volumes com um erro de uns 10 graus. A partir desde ponto a MI tem muitas chaces de convergência.

Superada a fase do registro das modalidades, temos varios recursos para explorar. No canto superior esquerdo das imagens auxiliares, um quadradinho permite, com um click, alternar entre CT o MRI.

Regiões de interesse podem ser desenhadas na MRI dentro do CAT3D, e após a fusão essas ROIs podem ser importadas dentro da CT.

IMPORTANTE : Somente importe as ROIs quando estiver satisfeito com o resultado do registro/fusão das imagens, caso contrario as ROIs podem ficar fora de lugar se o registro vigente no momento da importação era impreciso.

Este recurso de desenhar estruturas na MRI, dentro do CAT3D, é muito utilizado na radiocirurgia, braquiterapia e inclusive em pesquisas na área de neurocirurgia estereotáxica functional.

Conclusões

Os recursos presentes no MNPS permitem registrar e fundir imagens de MRI axial, coronal ou sagital sobre sequências de CT axiais.

A fusão automática baseada em maximização da informação mutua geralmente é bem sucedida no registro axial-axial, e pode ter éxito em alguns casos de coronal-axial ou sagital-axial.

O uso da fusão com pontos resolve casos de coronal-axial e sagital-axial que não convergem felizmente no modo automático.

A optimização com maximização de informação mutua pode melhorar a fusão com pontos.