非剛体位置合わせ処理を用いた腰椎CT/MRI fusion image作成の試み
2025 年 8 巻 1 号 p. 71-74
詳細
2025 年 8 巻 1 号 p. 71-74
【背景】 腰椎内視鏡手術は術視野が狭く手技が煩雑であるため、術前の正確な形態評価が重要になる。手術支援画像としてCT画像とMRI画像を重ねて表示するフュージョン画像が用いられるが、各検査時の撮影体位の違いによる位置誤差(misregistration)が課題として挙げられる。一方、放射線治療分野では異なるモダリティの画像を比較参照する手段として、片方の画像を変形させる非剛体位置合わせ処理(deformable image registration : DIR)が用いられている。DIRの活用により位置合わせ精度の高いCT/MRフュージョン画像を作成することができれば、椎体周辺構造の立体把握に貢献できると考える。 【目的】 腰椎CT/MRIフュージョン画像作成におけるDIRの有用性と課題を検討する。 【結果】 DIRを用いて作成したCT/MRIフュージョン画像は、従来の剛体位置合わせ(rigid image registration)に比べて重ね合わせの精度が改善されていた。 【考察】 CT・MRI撮影時の体位のずれは不可避であるが、DIRの適用により高精度なCT/MRフュージョン画像を提示できれば術前形態評価の一助になる。一方で被変形画像(MRI)と基準画像(CT)の乖離が大きい場合や広範囲を対象にDIRを適用した場合には構造が大きく歪む現象が見られた。臨床応用においては関心領域を1～2椎体に限定した処理が適当だと考える。 【結語】 DIRは腰椎手術支援画像作成時の位置合わせ精度向上に有用であることが示唆された。
第77回道南医学会大会道南医学会ジャーナル推薦演題
腰椎内視鏡手術は術中視野が狭く手技が煩雑であるため、術前の正確な形態評価が重要になる。手術支援画像としてCT画像とMRI画像を重ねて表示するフュージョン画像が用いられるが、各検査時の撮影体位の違いによる位置誤差(misregistration)が課題として挙げられる。今回はこの位置誤差の低減を目標として、非剛体位置合わせ処理(deformable image registration : DIR)の活用を試みた。
近年では手術の低侵襲化が進歩している。脊椎領域での低侵襲手術として腰椎椎間板ヘルニアや腰椎脊柱管狭窄症などの疾患に対する、内視鏡下腰椎椎間板摘出術や内視鏡下腰椎椎弓切除術が挙げられる。内視鏡手術はその術中視野の狭さから、術前の正確な形態評価が重要であり、手術支援画像としては、CT画像とMRI画像を重ねて表示するフュージョン画像が用いられている1) 。フュージョンする際には各画像の座標と角度を合わせる必要があり、位置合わせの手法として一般的に用いられるのが剛体位置合わせ（rigid image registration : RIR）である。これは、一方の画像を平行移動と回転移動によって目標画像に合わせこむもので、手法としてはシンプルだが２つの検査間で撮影体位が異なるので、位置誤差（misregistration）が生じるという問題がある2)3) 。この位置誤差を解消するために着目したのが非剛体位置合わせ処理(deformable image registration : DIR)である。DIRは一方の画像を変形させて目標画像に一致させる照合方法であり、各ピクセルの信号強度などから2画像間の類似度を定量化し、類似度が最大になるような変形処理を施す4)5) 。今回はDIRを用いた腰椎CT/MRI フュージョン画像を作成し、その有用性と課題を検討した。
対象は腰椎脊椎管狭窄症の症例とした。術前のCT/MRI画像を用いて、まずRIRでCT画像とMRI画像の座標と角度を合わせた。このとき目的疾患のある椎間を中心に位置を合わせた。その後DIR処理を行い、CT画像を目標画像として、MRI画像を変形させた。DIR処理を行う範囲に関しては、水平断方向は椎体を含む範囲、体軸方向は目的椎間を含む2椎体とした（図1）。RIRとDIRの処理には、velocity (varian medical systems)を使用した。
位置合わせをRIRのみで行った画像と、RIRに加えてDIR処理を行った画像を比較し、椎体周辺構造の位置関係について視覚評価を行った。
RIRの画像ではミスレジストレーションによって神経根と椎体が重なって見えている部分があったが、DIRの画像では変形によって補正されており、フュージョンの精度が改善された（図2,図3,図4）。
DIRを使用することによって、CT/MRIフュージョン画像のミスレジストレーションが改善された一方で、被変形画像(MRI)と目標画像(CT)の乖離が大きい場合や広範囲を対象にDIRを適用した場合には、過変形と呼ばれる構造が大きく歪む現象が見られた。臨床応用においては関心領域を1～2椎体に限定した処理が適当だと考える6) 。さらに、RIR時のミスレジストレーションを極力減少させることで、よりDIRの精度が向上することが予想されるので、CT/MRIでの撮影体位をできる限り揃える工夫も有効と考えられる。また、実際の業務において複数人でDIRの処理を行う場合には、関心領域の設定や位置合わせの基準などを統一することで再現性の向上につながると考える。
CT、MRIそれぞれの検査時の撮影体位を完全に揃えることは現実的ではないが、DIRの活用がより高精度なCT/MRフュージョン画像の作成に有用であることが示唆された。
本論文内容に関連する著者の利益相反なし
図1 DIRの関心領域例
図２ 水平断画像 RIR (左) vs DIR (右)
図３ 冠状断画像 RIR (左) vs DIR (右)
図４ 矢状断画像 RIR (左) vs DIR (右)
