Medizinische Bildverarbeitung - Inforakel

36 KAPITEL 5. BILDREGISTRIERUNG UND FUSION
5.1.2 Multimodale Fusion
Es gibt zwei Arten der multimodalen Fusion, also der Fusion zweier Bilder verschiedener Modalität. Die softwaretechnische
Lösung versucht die Aufnahmen aus zwei Geräten mit Methoden der Bildverarbeitung zu fusionieren. Hier hat man
auch das Problem der zeitlichen Differenz. Eine teurere aber wesentlich bessere Methode bietet die hardwaretechnische
Lösung, welche die unterschiedlichen Modalitäten in einem Gerät technisch kombiniert. Hier gibt es keine Probleme
durch zeitliche Differenz, die Bilder stimmen optimal überein und der Patient muss nur einmal untersucht werden.
5.2 Registrierungsverfahren
Im Allgemeinen geht man bei der Fusion von Bildern wie folgt vor: die Bilder werden verglichen (Matching, siehe
Abschnitt 5.3) um Punktkorrespondenzen zu finden. Mit diesen Punkten kann dann eine Registrierung durchgeführt
werden. Unter Registrierung versteht man die Berechnung einer Transformation, die zwei korrespondierende Bildinhalte
in zwei verschiedene Koordinatensysteme abbildet [12].
5.2.1 Transformationsbasierte Registrierung
Bei den beschriebenen Transformationen kann es sich um vollkommen beliebige Verschiebungen, Verzerrungen und
Verlagerungen handeln. Vereinfachend geht man von Transformationsmodellen aus, mit einer endlichen Anzahl an Modellparametern
und Freiheitsgraden. Man unterscheidet die Folgenden:
Translativ: Verschiebung um einen Vektor (2D −→ 2D)
Rigide: (auch Starre Transformation) Translation und Rotation 1 (2D −→ 2D)
Affine: Parallelitätserhaltende 2 Transformation (2D −→ 2D)
Projektive: Veränderung des Blickwinkels (3D −→ 2D)
Vollständig elastische: Verlagerung von Weichteilen benötigt weitere Freiheitsgrade (3D −→ 2D)
Abbildung 5.2 verdeutlicht die, oben aufgeführten Transformationen von links nach rechts. Zusätzlich unterscheidet man
lokale Transformationen, z.B. Verlagerung von einzelnen Bereichen, wie Knochen und Organe, und globale Transformationen,
z.B. Positionsveränderung des Patienten. Bei der globalen Transformation bleiben die Einzelteile zueinander
unverändert.
Abbildung 5.2: Globale Transformationsmodelle für Bildregistrierung
5.2.2 Intensitätsbasierte Registrierung
Neben der transformationsbasierten gibt es noch die intensitätsabhängige Registrierung. Korrekt registrierte Bilder implizieren
die höchste Wahrscheinlichkeit für die Abhängigkeit von abgestimmten Intensitätswerten (Helligkeit der Pixel).
Die Transformation hatT eines Ausgangsbildes f mit dem zu registrierenden Bild g kann zum Beispiel mit der
Ähnlichkeitsfunktion Sum of squared differences (SSD) abgeschätzt werden.
�
ˆT = argminT �fi,j − T {gi,j}� 2
1 Mathematische Darstellungen von rigiden Transformationen insbesondere der Rotationen finden sich in Anhang A.3
2 Parallele Kanten bleiben parallel bei Skalierung, Translation, Rotation, Scherung und Spiegelung (Affine Transformationen).
i,j