Αυτόματη ευθυγράμμιση τρισδιάστατων ιατρικών δεδομένων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση μιας μεθόδου αυτόματης ευθυγράμμισης τρισδιάστατων ιατρικών δεδομένων. Η διαδικασία της ευθυγράμμισης έχει ως στόχο τη διόρθωση των σχετικών μετατοπίσεων στο χώρο έτσι ώστε στα ευθυγραμμισμένα δεδομένα οι ίδιες ανατομικές περιοχές να συμπίπτουν χωρικά. Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ευθυγράμμιση ακτινολογικών εικόνων που λαμβάνονται μέσω υπολογιστικής αξονικής τομογραφίας και χρησιμοποιούνται από οδοντιάτρους για παρακολούθηση και αξιολόγηση θεραπευτικών διαδικασιών. Αφού γίνει λήψη ακτινολογικών εικόνων του ιδίου αντικειμένου πριν και μετά τη θεραπεία, είναι επιθυμητό οι εικόνες αυτές να αφαιρεθούν ώστε να παρατηρηθούν οι διαφορές μεταξύ τους. Στην εικόνα διαφορών απεικονίζεται ιδιαίτερα χρήσιμη πληροφορία για τους ειδικούς όπως για παράδειγμα η μέτρηση της οστικής υποστήριξης προς τα εμφυτεύματα. Η ανάγκη για ευθυγράμμιση των εικόνων προκύπτει από τη χωρική μετατόπιση μεταξύ των εικόνων, η οποία συνήθως οφείλεται σε κινήσεις των ασθενών, σε ακούσιες κινήσεις του σώματος (π.χ. αναπνοή, καρδιακή λειτουργία), σε διατάξεις απεικονιστικών συστημάτων που δεν είναι σταθερές (π.χ. αισθητήρας CCD), καθώς και στην ανάπτυξη ανωμαλιών που προκαλούν παραμορφώσεις (π.χ. κύστες, όγκοι). Η προτεινόμενη μέθοδος βασίζεται σε ζεύγη αντίστοιχων σημείων αλλά προϋποθέτει εύρεση χαρακτηριστικών σημείων μόνο στη μια από τις δύο εικόνες. Η εύρεση των αντιστοίχων σημείων στην εικόνα προς ευθυγράμμιση γίνεται αυτόματα και βάσει των ζευγαριών σημείων που προκύπτουν υπολογίζονται απευθείας οι παράμετροι του μετασχηματισμού με προσέγγιση ελαχίστων τετραγώνων. Εφαρμόζοντας το μετασχηματισμό στην εικόνα προς ευθυγράμμιση παίρνουμε την επιθυμητή ευθυγραμμισμένη εικόνα.

Subject of this diploma thesis is the presentation of a method for automatic registration of 3D medical images. The task of registration is to eliminate spatial differences between two images allowing matching anatomical regions to coincide. Image registration can be used in digital subtraction radiography employed by dentists to monitor and evaluate therapeutic procedures. Radiographs of the same object are acquired by experts over a period of time and are subtracted to produce a difference image. This image records changes in the bone structure supporting the teeth or implants. However, the differences between these images may not only be due to clinically significant changes, but are also very often the result of differences in the patient’s position, acquisition from different viewpoints or employment of different sensors. These spatial misalignments comprise the need for registration before subtraction. The proposed method automatically extracts the most distinctive points from the reference image and searches for their corresponding points in the second image. Based on these points pairs, least squares approximation is employed to calculate an optimal affine transformation that aligns the two images.