Volumenbewahrende nicht-statische Registrierung von MR-Brustbildern mittels Freiformverformung mit einer Inkompressibilitätsbedingung

In diesem Papier erweitern wir einen zuvor berichteten intensitätsbasierten nicht-statischen Registrierungsalgorithmus, indem wir einen neuartigen Regularisierungsterm verwenden, um die Verformung einzuschränken. Globale Bewegung wird durch eine starre Transformation modelliert, während lokale Bewegung durch eine Freiformverformung basierend auf B-Splines beschrieben wird. Ein informationstheoretisches Maß, die normalisierte gegenseitige Information, wird als intensitätsbasiertes Bildähnlichkeitsmaß verwendet. Die Registrierung erfolgt durch die Suche nach der Verformung, die eine Kostenfunktion minimiert, die aus einer gewichteten Kombination des Bildähnlichkeitsmaßes und eines Regularisierungsterms besteht. Der neuartige Regularisierungsterm ist eine lokale Volumenbewahrungsbedingung (Inkompressibilität), die durch die Annahme motiviert ist, dass Weichgewebe bei kleinen Verformungen und kurzen Zeiträumen inkompressibel ist. Die Inkompressibilitätsbedingung wird umgesetzt, indem Abweichungen des Jacobians der Verformung von Eins bestraft werden. Wir wenden den nicht-statischen Registrierungsalgorithmus mit und ohne die Inkompressibilitätsbedingung auf prä- und post-Kontrast-Magnetresonanz-(MR)-Brustbilder von 17 Patienten an. Ohne die Verwendung einer Bedingung nimmt das Volumen von kontrastierenden Läsionen um 1%-78% (Mittelwert 26%) ab. Die Bildverbesserung (Bewegungsartefaktreduktion), die mit der neuen Bedingung erreicht wird, wird mit der verglichen, die mit einer Glattheitsbedingung basierend auf der Biegeenergie des Koordinatengitters durch blinde visuelle Bewertung der maximalen Intensitätsprojektionen von Subtraktionsbildern erreicht wird. Bei beiden Bedingungen verbessert sich die Volumenbewahrung, während die Korrektur von Bewegungsartefakten sich verschlechtert, je höher das Gewicht des Strafen terms für die Bedingung ist. Bei einer bestimmten Volumenänderung der kontrastierenden Läsionen (2% des ursprünglichen Volumens) reduziert die Inkompressibilitätsbedingung Bewegungsartefakte in 13 von 17 Fällen besser oder gleich gut wie die Glattheitsbedingung (besser in 9, gleich in 4, schlechter in 4). Die vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Einbeziehung des Inkompressibilitäts-Regularisierungsterms die intensitätsbasierte Freiform-nicht-statische Registrierung von kontrastverstärkten MR-Brustbildern verbessert, indem sie das Problem der Schrumpfung kontrastierender Strukturen erheblich reduziert und gleichzeitig Bewegungsartefakte erheblich verringert.