Comparison of Two Co-Registration Methods for Real-Time Ultrasonography Fused with MRI: a Phantom Study

Zusammenfassung

Ziel: Bestimmung der Ortsgenauigkeit der Koregistrierung von fusioniertem Echtzeit-Ultraschall (US) und MRT an einem Phantommodel. Material und Methoden: Mit einem US-Geräte Prototyp (LOGIQ, GE Healthcare) mit inhärenter Software zur Bildfusion wurden zwei Methoden zur Koregistrierung an einem Phantom getestet: Koregistrierung von spezifischen Punkten, wobei übliche Referenzpunkte, die sowohl im US als auch im MRT darstellbar sind, markiert wurden, und zweitens: Koregistrierung anhand von Schnittebenen, wobei übliche Schnittebenen, die sowohl im US als auch im MRT darstellbar sind, markiert wurden. In zwei Untersuchungsreihen wurde die Punkt bezogene Koregistrierung und in einer Untersuchungsreihe wurde die Schnittebenen bezogene Koregistrierung angewandt. Die Genauigkeit der Koregistrierung wurde an drei Messpunkten, die vor Beginn der Studie festgelegt wurden, anhand der Wurzel aus der mittleren quadratischen Abweichung (RMSD) evaluiert, die mit der der Standardabweichung korrespondiert. Messungen erfolgten in Millimetern. Zwei Untersucher führten jeweils 30 Koregistrierungen für jede Untersuchungsreihe durch, so dass insgesamt 180 Koregistrierungen durchgeführt wurden. Unterschiede zwischen den Methoden und den Untersuchern wurde anhand einer Varianzanalyse (zweiseitige ANOVA) berechnet. Ergebnisse: Die Koregistrierung war signifikant genauer, wenn die Messpunkte selbst als Koregistrierungspunkte gewählt wurden im Vergleich zur Verwendung von Punkten aus einer anderen Region des Phantoms (p < 0,0001). Die mittlere kalkulierte RMSD bei Verwendung der Messpunkte als Koregistrierungspunkte war 1,3 mm (95 % CI: 1,1 – 1,5 mm), bei Verwendung von Punkten die distant der Messpunkte lagen: 4,0 mm (95 % CI: 3,2 – 4,8 mm), und bei Verwendung der Schnittebenen zur Koregistrierung: 3,8 mm (95 % CI: 3,2 – 4,4 mm). Schlussfolgerung: Bildfusion mit Echtzeit-US hat eine hohe Genauigkeit und ist am Phantom einfach anzuwenden. Die Genauigkeit kann durch Untersuchen innerhalb des durch die Koregistrierungspunkte definierten Areals noch zusätzlich optimiert werden. Bildfusion scheint eine für die klinische Anwendung vielversprechende Technik zu sein, die die Nutzung der Vorteile zweier Bildgebungsmodalitäten in einem Untersuchungsgang erlauben könnte

Abstract

Purpose: To test the accuracy of spatial registration of real-time ultrasonography (US) fused with MRI in a phantom. Materials and Methods: An US prototype system (LOGIQ, GE Healthcare) with incorporated software for fusion imaging was used to test two methods of co-registration in a phantom: co-registration from specific points, where common reference points identifiable on both MRI and US images were marked, and plane registration, where common planes identifiable on both MRI and US images were marked. In two series we performed co-registration from points and in one series we performed co-registration from planes. The accuracy of the co-registration was measured at 3 measuring points, defined before initiation of the study, and it was calculated as the root mean square deviation (RMSD), which corresponds to the standard deviation. It was measured in millimeters. Two observers each performed 30 co-registrations for each series, totaling 180 co-registrations. The difference between the methods and the observers was calculated using analysis of variance (two-way ANOVA). Results: Co-registration was significantly more accurate when using the measuring points as co-registration points than when using points covering a different area of the phantom (p < 0.0001). The mean calculated RMSD when using the measuring points as co-registration points was 1.3 mm (95 % CI: 1.1 – 1.5 mm), when using points away from the measuring points: 4.0 mm (95 % CI: 3.2 – 4.8 mm), and when using planes for the co-registration: 3.8 mm (95 % CI: 3.2 – 4.4 mm). Conclusion: Image fusion involving real-time US has high accuracy and is easy to use in a phantom. Working within the area given by the co-registration points optimizes the accuracy. Image fusion is a promising tool for clinical US, since it provides the potential of benefiting from different imaging modalities in one examination.

Key words

ultrasound - technical aspects - equipment - experimental study

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