Whole-body PET/CT imaging

  • Aim Combined whole-body (WB) PET/CT imaging provides better overall co-registration compared to separate CT and PET. However, in clinical routine local PET-CT mis-registration cannot be avoided. Thus, the reconstructed PET tracer distribution may be biased when using the misaligned CT transmission data for CT-based attenuation correction (CT-AC). We investigate the feasibility of retrospective co-registration techniques to align CT and PET images prior to CT-AC, thus improving potentially the quality of combined PET/CT imaging in clinical routine. Methods First, using a commercial software registration package CT images were aligned to the uncorrected PET data by rigid and non-rigid registration methods. Co-registration accuracy of both alignment approaches was assessed by reviewing the PET tracer uptake patterns (visual, linked cursor display) following attenuation correction based on the original and co-registered CT. Second, we investigated non-rigid registration based on a prototype ITK implementation of the B-spline algorithm on a similar targeted MR-CT registration task, there showing promising results. Results Manual rigid, landmark-based co-registration introduced unacceptable misalignment, in particular in peripheral areas of the whole-body images. Manual, non-rigid landmark-based co-registration prior to CT-AC was successful with minor loco-regional distortions. Nevertheless, neither rigid nor non-rigid automatic co-registration based on the Mutual Information image to image metric succeeded in co-registering the CT and noAC-PET images. In contrast to widely available commercial software registration our implementation of an alternative automated, non-rigid B-spline co-registration technique yielded promising results in this setting with MR-CT data. Conclusion In clinical PET/CT imaging, retrospective registration of CT and uncorrected PET images may improve the quality of the AC-PET images. As of today no validated and clinically viable commercial registration software is in routine use. This has triggered our efforts in pursuing new approaches to a validated, non-rigid co-registration algorithm applicable to whole-body PET/CT imaging of which first results are presented here. This approach appears suitable for applications in retrospective WB-PET/CT alignment. Ziel Kombinierte PET/CT-Bildgebung ermöglicht verbesserte Koregistrierung von PET- und CT-Daten gegenüber separat akquirierten Bildern. Trotzdem entstehen in der klinischen Anwendung lokale Fehlregistrierungen, die zu Fehlern in der rekonstruierten PET- Tracerverteilung führen können, falls die unregistrierten CT-Daten zur Schwächungskorrektur (AC) der Emissionsdaten verwendet werden. Wir untersuchen daher die Anwendung von Bildregistrierungsalgorithmen vor der CT-basierten AC zur Verbesserung der PET-Aufnahmen. Methoden Mittels einer kommerziellen Registrierungssoftware wurden die CT-Daten eines PET/CT- Tomographen durch landmarken- und intensitätsbasierte rigide (starre) und nicht-rigide Registrierungsverfahren räumlich an die unkorrigierten PET-Emissionsdaten angepasst und zur AC verwendet. Zur Bewertung wurden die Tracerverteilungen in den PET-Bildern (vor AC, CT-AC, CT-AC nach Koregistrierung) visuell und mit Hilfe korrelierter Fadenkreuze verglichen. Zusätzlich untersuchten wir die ITK-Implementierung der bekannten B-spline basierten, nicht-rigiden Registrierungsansätze im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit für die multimodale PET/CT-Ganzkörperregistrierung. Ergebnisse Mittels landmarkenbasierter, nicht-rigider Registrierung konnte die Tracerverteilung in den PET-Daten lokal verbessert werden. Landmarkenbasierte rigide Registrierung führte zu starker Fehlregistrierung in entfernten Körperregionen. Automatische rigide und nicht-rigide Registrierung unter Verwendung der Mutual-Information-Ähnlichkeitsmetrik versagte auf allen verwendeten Datensätzen. Die automatische Registrierung mit B-spline-Funktionen zeigte vielversprechende Resultate in der Anwendung auf einem ähnlich gelagerten CT–MR-Registrierungsproblem. Fazit Retrospektive, nicht-rigide Registrierung unkorrigierter PET- und CT-Aufnahmen aus kombinierten Aufnahmensystemen vor der AC kann die Qualität von PET-Aufnahmen im klinischen Einsatz verbessern. Trotzdem steht bis heute im klinischen Alltag keine validierte, automatische Registrierungssoftware zur Verfügung. Wir verfolgen dazu Ansätze für validierte, nicht-rigide Bildregistrierung für den klinischen Einsatz und präsentieren erste Ergebnisse.

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Metadaten
Author:Markus Weigert, Uwe Pietrzyk, Stefan P. Müller, Christoph PalmORCiDGND, Thomas Beyer
DOI:https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2007.07.004
Parent Title (German):Zeitschrift für Medizinische Physik
Subtitle (English):Combining software- and hardware-based co-registration
Document Type:Article
Language:English
Year of first Publication:2008
Release Date:2020/01/22
Tag:PET/CT; attenuation; combined imaging; correction; image co-registration
GND Keyword:Positronen-Emissions-Tomografie; Computertomografie; Bildgebendes Verfahren; Registrierung <Bildverarbeitung>; Schwächung
Volume:18
Issue:1
First Page:59
Last Page:66
Institutes:Fakultät Informatik und Mathematik
Regensburg Medical Image Computing - ReMIC
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
Publication:Externe Publikationen