ALINHAMENTO DE ESTRUTURAS EM IMAGENS MÉDICAS
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ALINHAMENTO DE ESTRUTURAS EM IMAGENS MÉDICAS: ESTUDO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO 18 DE SETEMBRO DE 2008 Frederico Lázaro Jacob Mestrado em Engenharia Biomédica Alinhamento de Estruturas em Imagens Médicas: Estudo, Desenvolvimento e Aplicação Disciplina Curso Frederico Lázaro Jacob Orientador Mestrado em Engenharia Biomédica Aluno TP - Trabalhos Práticos João Manuel R. S. Tavares Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial - FEUP Co-orientador Ana Mafalda Reis Assistente Hospitalar de Neurorradiologia - Hospital Pedro Hispano Sumário Descrição do projecto Objectivo Resultados esperados Alinhamento de estruturas em imagens médicas Conceitos Metodologias usuais Experimentação Procedimentos Resultados Consideração finais e perspectivas futuras Descrição do projecto Objectivo geral Proceder, através da análise de imagens de ressonância magnética, à localização das regiões encefálicas afectadas pela esclerose múltipla. Estudar técnicas de alinhamento de imagens médicas, sendo estas usadas para garantir que uma estrutura se apresenta na “mesma” posição, orientação e escala em diferentes imagens. Resultados esperados Detectar, quantificar e medir, de forma automática, a evolução temporal das lesões provocadas pela esclerose múltipla em regiões encefálicas. Alinhamento de estruturas em imagens médicas Conceitos (I) O alinhamento consiste na utilização de um método que permite estabelecer uma relação de correspondência (ex. ponto a ponto) ⇒ Obter uma deformação espacial entre os objectos representados de forma a alinhar duas ou mais imagens de um paciente, de maneira a recolocá-las segundo as mesmas condições geométricas. ⇒ Estabelecer uma relação geométrica Imagem fonte Imagem alvo Alinhamento de estruturas em imagens médicas Conceitos (II) Porquê alinhar as imagens? Caso contrário, torna-se difícil ou mesmo impossível saber se a variação de posição, orientação ou tamanho de uma lesão numa imagem corresponde a uma modificação biológica ou a uma simples mudança de posição/orientação do doente. Dificuldades A encontradas comparação entre diversas imagens pode ser complexa devido a factores como campo magnético, artefactos, espessura dos cortes, tipo de imagens usadas, posicionamento do paciente ou ordem de realização das imagens. Alinhamento de estruturas em imagens médicas Conceitos (III) Exemplo: (a) Imagens de ressonância magnética de um paciente com esclerose múltipla; (b) Imagens do mesmo paciente adquiridas dois meses mais tarde; (c) Alinhamento obtido entre imagens. Alinhamento de estruturas em imagens médicas Metodologias usuais Podem dividir-se em duas famílias: O alinhamento geométrico que se resolve em duas etapas: a extracção, nas duas imagens a alinhar, de primitivas geométricas (pontos, linhas, volumes, etc.) supostamente semelhantes, e cálculo da transformação que melhor sobrepõe essas primitivas; O alinhamento por ajuste de intensidade, que não requer nenhuma extracção de pontos e se apoia directamente sobre as imagens a alinhar ⇒ Considera que a intensidade local das estruturas e das deformações geométricas diferem, sendo necessário colocar em acordo as intensidades de cada imagem a alinhar. Com base nas técnicas usuais foram introduzidas diversos métodos de alinhamento mais complexos. Experimentação Procedimentos (I) Desenvolveu-se em MATLAB um algoritmo imagens de ressonância magnética acompanhamento da evolução de lesões múltipla. Tradicionalmente, o alinhamento através geométricos envolve as etapas: Definição para alinhar obtidas no de esclerose de métodos das imagens alvo e fonte; Identificação de primitivas geométricas de correspondência espacial, usualmente denominados de pontos de controlo; Definição da modelo de transformação espacial entre o conjunto de primitivas geométricas identificadas e estimação de seus parâmetros; Reamostragem da imagem resultante. Experimentação Procedimentos (II) Para colocar em correspodência imagens através de métodos de alinhamento geométrico, a obtenção das primitivas pode ser efectuada por procedimentos: ⇒ Aplicação de um dispositivo marcador externo ao paciente; Intrínsecos ⇒ Pontos e marcadores anatómicos salientes. Extrínsecos ⇒ Este método necessita de uma boa detecção das primitivas geométricas, porque se esta etapa falhar o alinhamento é comprometido. Experimentação Procedimentos (III) Definição das imagens alvo e fonte Imagem fonte O Imagens alvo volume de referência (imagem fonte), é escolhido para definir o espaço de coordenadas padrão com o qual todos os demais volumes são alinhados. Experimentação Procedimentos (IV) Identificação A de primitivas geométricas determinação dos pontos de controlo de forma interactiva é efectuada no MATLAB com o auxílio da função cpselect; São usados pontos de controlo com propriedades geométricas de identificação fácil, como arestas ou estruturas ósseas; A precisão do método depende do número de pontos de controlo utilizados e da sua qualidade. Experimentação Procedimentos (V) Definição da modelo de transformação espacial A função cp2tform, do MATLAB, infere uma transformação espacial a partir dos pares de pontos de controlo obtidos, sendo capaz de considerar vários tipos de transformações; A transformação adequada é usada na imagem alvo, através da função, do MATLAB, imtransform, que aplica uma transformação espacial 2D a uma imagem. mytform_1 = cp2tform(input_points,base_points,'projective'); registered_1 = imtransform(unregistered_1,mytform_1); Experimentação Resultados Imagem fonte No Imagens alvo alinhamento geométrico a qualidade do cálculo da transformação está totalmente condicionada à escolha dos pontos de controlo, que por vezes não são obtidos de forma plenamente fiável em todas as imagens a alinhar. Consideração finais e perspectivas futuras Considerações finais As técnicas para o alinhamento de imagens médicas apresentam um elevado potencial tecnológico; Perspectivas futuras Contribuir para a criação de um texto actualizado e completo sobre o estado da arte relativo ao alinhamento de estruturas em imagens médicas; Desenvolver, ensaiar, utilizar, comparar e validar técnicas computacionais de alinahmento de imagens médicas, recorrendo a dados sintéticos e reais, nomeadamente de pacientes com esclerose múltipla. ALINHAMENTO DE ESTRUTURAS EM IMAGENS MÉDICAS: ESTUDO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO 18 DE SETEMBRO DE 2008 Frederico Lázaro Jacob Mestrado em Engenharia Biomédica
