ÜBERSICHTSARBEIT Deformable registration for image-guided radiation therapy David Sarrut 1,2 1 Radiotherapy Department, Centre Léon Bérard, 28 rue Laënnec, 69373 Lyon, France 2 CREATIS (UMR CNRS 5515, Unité INSERM U630) INSA – Bâtiment Blaise Pascal 7, avenue Jean Capelle, 69621 Villeurbanne cedex France Abstract Ths paper examines several applications of deformable registration algorithms in the field of image-guided radio- therapy. The first part focuses on the description of input and output of deformable registration algorithms, with a brief review of conventional and most current methods. The typical applications of deformable registration are then reviewed on the basis of four practical examples. The first two sets of examples deal with the fusion of images obtained from the same patient (inter-fraction reg- istration), with time intervals of several days between each image. The other two examples deal with the fusion of images obtained in immediate sequence (intra-fraction registration); in this case, the focus is the displacement during image acquisition or patient treatment (mainly due to respiratory movement), with time intervals in the order of magnitude of tenths of seconds. Finally, the registration of images of different patients (inter-patient registration) is also discussed. In conclusion, deformable registration has become a fun- damental tool for image analysis in radiotherapy. Although extensive validation of the numerous existing methods is required before extending its clinical use, deformable registration is expected to become a standard methodology in the treatment planning systems in the near future. Keywords: Deformable registration, Image-guided radiat- ion therapy Elastische Registrierung in der bildgestützten Strahlentherapie Zusammenfassung In diesem Artikel wird ein Überblick über die Prinzipien und Anwendungen der elastischen Registrierung im Bereich der bildgestützten Strahlentherapie gegeben. Dabei werden übliche Ein- und Ausgabeparameter ebenso wie die derzeit gängigsten Methoden für die elastische Registrierung beschrieben. Schließlich werden typische Anwendungen anhand von 4 Beispielen diskutiert. Die ersten beiden Beispiele behandeln die Fusionierung von Bilddaten des gleichen Patienten, die zwischen Fraktionen gewonnen wurden (Inter-Fraktion). Die Zeitintervalle zwi- schen den Aufnahmen liegen dabei in der Größenordnung von mehreren Tagen. Zwei weitere Beispiele behandeln die Fusionierung von Bilddaten, die unmittelbar hintereinan- der gewonnen wurden. Dabei sind anatomische Verschie- bungen während der Bilddatenakquisition oder Patienten- behandlung, z.B. durch Atmung, kritisch. Die Zeitinterval- le zwischen der Bildgewinnung bei dieser Anwendung sind in der Größenordnung von Zehntelsekunden. Abschlie- ßend wird die Registrierung von Bilddaten besprochen, die sich auf unterschiedliche Patienten beziehen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die elas- tische Registrierung ein grundlegendes Bildanalysewerk- zeug in der Strahlentherapie geworden ist. Die praktische Anwendung wird in der Zukunft zunehmen, ein routine- mäßiger Einsatz im Patientenbetrieb setzt jedoch weitere Überprüfungen der existierenden Methoden voraus. Es ist zu erwarten, dass diese Methoden in zukünftigen Bestrah- lungsplanungssystemen standardmäßig verfügbar sein werden. Schlüsselwörter: Elastische Registrierung, bildgestützte Strahlentherapie Z. Med. Phys. 16 (2006) 285–297 285 http://www.elsevier.de/zmedphys