A quantitative comparison of the performance of three deformable registration algorithms in radiotherapy

In vorliegender Arbeit wird eine Evaluierung verschiedener nicht-rigider Registrationsalgorithmen zur Kompensation interfraktioneller Bewegungen des Zielvolumens und von Risikoorganen anhand von vor der Bestrahlung gewonnenen Conebeam-Computertomographien (CBCT) vorgestellt. Drei verschiedene Methoden zur deformierbaren Registrierung (DR) kamen hierbei zur Anwendung: Einerseits wurde der Demons-Algorithmus der iPlan Software (BrainLAB AG, Feldkirchen, Deutschland) verwendet, andererseits kamen zwei Eigenentwicklungen zur stückweise rigiden Registrierung zum Einsatz. Letztere verwendeten entweder eine normierte Korrelationsmetrik (featureletNC) oder eine auf der Mutual Information basierende Bildvergleichsmethode (featureletMI). Diese Verfahren wurden mit einem neuartigen Phantom für die DR- und klinischen CT- bzw. CBCT-Daten von Prostata- und Lungenkarzinompatienten validiert. Die Ergebnisse wurden anhand des Dice- Index (Dice Similarity Coefficient - DSC) für manuell eingezeichnete Konturen und durch die DR generierte Konturen der Zielregionen mit dem Ergebnis einer rigiden Registrierung (RR) verglichen. Im Falle des Phantoms zeigten sich die stückweise rigiden Verfahren leicht überlegen, wobei sich featureletNC bei der intramodalen und featureletMI bei der intermodalen Registration auszeichneten. Im Fall der Prostata konnte nur in etwa 50 % der Fälle eine Verbesserung des DSC gegenüber der RR festgestellt werden. Es zeigte sich, dass DR-Verfahren das Ergebnis einer rigiden Registrierung im Fall der Lunge und auch in der Phantomstudie verbesserten, was im Fall der Prostata nicht signifikant nachgewiesen werden konnte. Eine eindeutig überlegene Methode zur DR konnte ebenfalls nicht ermittelt werden.