انطباق تصاویر CT اسکن وMRI به روش اطلاعات متقابل

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، مرکز تحقیقات سیگنال و سنسور، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

مقدمه: در پزشکی تصمیم‌گیری در رابطه با پیش‌گیری، تشخیص و درمان یکی از موارد کلیدی است و به سادگی انجام‌پذیر نمی‌باشد و نیاز یه روش‌های آزمایشگاهی و ابزارهای قابل اطمینان دارد. در صورتی که این آزمایش‌ها و ابزارها مؤید یکدیگر باشند، تصمیم‌گیری از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار خواهد بود. در تشخیص تومورها، ورم‌ها و خون‌ریزی‌های عمقی در بافت‌هایی مانند مغز انسان فقط تصویربرداری‌هایی مانند CT اسکن و MRI راه‌گشا خواهند بود. از آن جا که این روش‌ها بر اساس حداقل خطای تخمینی از روی سیگنال‌های دریافتی بازسازی می‌شوند، از جنبه‌ی کیفی برخوردار هستند و از نظر کمی دارای ضعف می‌باشند. جهت تقویت تصمیم‌گیری در تشخیص توسط این روش‌ها پیشنهاد می‌شود این گونه تصاویر را با استفاده از به حداکثر رساندن اطلاعات متقابل بر هم منطبق نمود و سپس به تفسیر و عیب‌یابی در آن‌ها بپردازیم. روش‌ها: در این تحقیق دو نوع تصویر MRI و CT اسکن مغز، یکی به عنوان تصویر مرجع و دیگری به عنوان تصویر شناور در نظر گرفته شد. جهت برآوردهای توزیع شدت جفتی و کناری از نرمالیزاسیون استفاده شد. با استفاده از قانون Kullback-Leibler در احتمالات، اطلاعات متقابل شدت دو تصویر به حداکثر رسانده می‌شود. اغلب تمام پیکسل‌های متناظر در شدت تصاویر شناور را در تصویر مرجع نمی‌توان یافت، بنابراین جهت یافتن مقادیر شدت این نقاط از روش درون‌یابی می‌توان استفاده نمود. عملیات مذکور با نوشتن برنامه‌های کامپیوتری در محیط نرم‌افزار Matlab انجام گرفته است. یافته‌ها: روش اطلاعات متقابل برای تصاویر همگون (مانند CT اسکن با CT اسکن و یا MRI با MRI) قابل قبول و مؤثر است، ولی برای تصاویر غیر همگون دقت لازم را ندارد و تطابق این گونه تصاویر دارای خطای غیر قابل قبول می‌باشد. نتیجه‌گیری: علت اختلاف مقادیر در بیشینه‌رسانی اطلاعات متقابل تصاویر همگون و غیر همگون می‌تواند یکسان نبودن اطلاعات کسب شده از جسم مورد نظر توسط روش‌های تصویر برداری MRI و CT اسکن باشد. در روش‌های تصویربرداری مختلف، توزیع احتمال دانسیته‌ی تصاویر، که به طور کامل بر یکدیگر منطبق نیست و یافتن حداکثر اطلاعات متقابل مشکل است. واژگان کلیدی: انطباق تصاویر، اطلاعات متقابل، MRI، CT اسکن

عنوان مقاله [English]

Registration of MRI and CT Scan Images with the Use of Mutual Information

نویسندگان [English]

  • Alireza Mehridehnavi 1
  • Ramezanali Hatefwahied 2
1 Associate Professor, Department of Medical Physics and Engineering, School of Medicine And Medical Image and Signal Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Department of Physics, School of Basic Science, University of Guilan , Rasht, Iran
چکیده [English]

Background: In medicine decision making in respect to prognosis diagnosis, and treatment is a major challenge. Therefore, in this respect supportive and auxiliary modalities are critical and desirable. Cancerous tumor, edema and lesion detection in deep layers of body tissues are impossible without depth imaging modalities such as CT scan and MRI (magnetic resonance image). Since these modalities have limitations, it is recommended to use them in a supportive manner. One way to compare these modality images is bilateral adaptation by the use of maximum mutual information (MI). Methods: In this research the two modalities of medical images of CT scan and MRI have been studied in mutual information consideration. One of the images is assumed as a reference and fixed in parameters and the other is transformed as float. To ease the comparison the pixel intensity in both modalities are normalized into 0-255. With the application of the Kullback-Leibler rule of probability, the researcher tried to maximize mutual information.  Float images are transformed by their coordinate in x and y direction and rotation angle th. The software should change the float image parameters and try to find maximum mutual information. Findings: In the procedure of the same modality image registration, “CT scan with CT scan or MRI with MRI”, for six available images there was 180 trials. For similar modalities of variation of ± 11 mm and ± 30 degrees, mean value displacement for maximum mutual information was between 8.2 to 9.1 mm with the standard deviation of ± 1 to ± 2.6 while for different modalities it was 4.4 to 11.3 mm with standard deviation of ±4 to ± 6.7. The difference between these values shows a mismatch of CT scan modalities with MRI modalities. Conclusion: This mismatch could be due to modality constitution. In MRI imaging intensity and contrast are based on H1 content T1 and T2 relaxation times, while in CT scan imaging intensity and contrast are determined with X-ray absorbance of tissues based on HVL absorbance of different tissues. Therefore, registration of CT scan modality with MRI modality on the basis of intensity and contrast is not satisfactory. We suggest the use of other configurations such as morphological characteristics of these modalities. Keywords: Medical imaging, CT scan, MRI, Comparison