Summary
The aim of this study was to evaluate the anatomical accuracy and reproducibility of retrospective
interactive rigid image registration (RIR) between routinely archived X-ray computer
tomography (CT) and positron emission tomography performed with 18 F-deoxyglucose (FDG-PET) in oncological patients. Methods: Two observers registered PET and CT data obtained in 37 patients using a commercially
available image fusion tool. RIR was performed separately for the thorax and the abdomen
using physiological FDG uptake in several organs as a reference. One observer performed
the procedure twice (O1a and O1b), another person once (O2). For 94 malignant lesions,
clearly visible in CT and PET, the signed and absolute distances between their representation
on PET and CT were measured in X-, Y-, and Z-direction with reference to a coordinate
system centered in the CT representation of each lesion (X-, Y-, Z-distances). Results: The mean differences of the signed and absolute distances between O1a, O1b, and O2
did not exceed 3 mm in any dimension. The absolute X-, Y-, and Z-distances ranged
between 0.57 ± 0.58 cm for O1a (X-direction) and 1.12 ± 1.28 cm for O2 (Z-direction).
When averaging the absolute distances measured by O1a, O1b, and O2, the percentage
of lesions misregistered by less than 1.5 cm was 91 % for the X-, 88 % for the Y-,
and 77 % for the Z-direction. The larger error of fusion determined for the remaining
lesions was caused by non-rigid body transformations due to differences in breathing,
arm position, or bowel movements between the two examinations. Mixed effects analysis
of the signed and absolute X-, Y-, and Z-distances disclosed a significantly greater
misalignment in the thorax than in the abdomen as well as axially than transaxially.
Conclusion: The anatomical inaccuracy of RIR can be expected to be <1.5 cm for the majority of
neoplastic foci. Errors of alignment are bigger in the thorax and in Z-direction,
due to non-rigid body transformations caused, e.g., by breathing.
Zusammenfassung
Ziel: Evaluierung der anatomischen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Lokalisierung
von malignen Herden mittels der retrospektiven, interaktiven, starren Bildfusion von
FDG-PET und CT. Methodik: Bei 37 onkologischen Patienten wurden innerhalb von 30 Tagen eine Ganzkörper- FDG-PET
und ein Spiral-CT gemäß klinischen Standardprotokollen aufgenommen. Zwei Untersucher
fusionierten unabhängig voneinander PET und CT. Die Fusion erfolgte für Thorax und
Abdomen getrennt. Hauptorientierungsmarken waren Zwerchfell, Leber, Harnblase, Mediastinum
und Lungengrenzen. 94 PET- und CT-positive maligne Läsionen wurden evaluiert. Die
Abweichung zwischen der Darstellung in PET und CT wurde in den 3 Ebenen ermittelt.
Wir bestimmten den absoluten Betrag der Abweichung sowie die vektorielle Richtung
in der X-, Y- und Z-Achse durch das Setzen eines Vorzeichen. Ergebnisse: Die absoluten Werte für die Fehlregistrierung der Läsionen reichten von 0,57 cm ±
0,58 (X-Richtung) bis 1,12 cm ± 1,28 (Z-Richtung). Die Ergebnisse beider Untersucher
unterschieden sich um maximal 3 mm in allen Ebenen für die vektorielle oder absolute
Fehlregistrierung der Läsion im fusionierten Bild. Die Inter- und Intraobservervariabilität
war niedrig und statistisch nicht signifikant. Eine Fehlregistrierung von weniger
als 1,5 cm wurde bei 91% (X-Richtung), 88% (Y-Richtung) und 77% (Z-Richtung) der Läsionen
erreicht. Größere Abweichungen wurden v. a. durch unterschiedliche Atemlage und Armposition
in PET und CT oder durch Peristaltik-bedingte Lageveränderungen von Magen und Darm
zwischen den Untersuchungen verursacht. Die statistische Analyse ergab eine signifikant
höhere Fehlregistrierung im Thorax als im Abdomen sowie eine höhere Abweichung in
Z-Richtung (kranio-kaudal) als in der X/Y-Ebene. Schlussfolgerung: Der Registrierungsfehler bei der retrospektiven, interaktiven Fusion von PET- und
CT beträgt bei den meisten neoplastischen Läsionen <1,5 cm. Bedingt durch die Atmung
ist der Registrierungsfehler im Thorax größer als abdominell sowie ausgeprägter in
Z-Richtung als in der axialen Bildebene.
Keywords PET - CT - image registration - image fusion - FDG
Schlüsselwörter PET - CT - Bildregistrierung - Bildfusion - FDG