Расширяя ваш код, чтобы выполнить это, я бы посмотрел на создание нового изображения из вашего загруженного в него и затем добавление собственного направления к нему. Альтернативно ITK имеет фильтр ориентации в доступной упаковке python. Это не просто, но может решить вашу проблему
series_IDs = sitk.ImageSeriesReader.GetGDCMSeriesIDs(data_directory)
series_file_names = sitk.ImageSeriesReader.GetGDCMSeriesFileNames(data_directory, series_IDs[0])
series_reader = sitk.ImageSeriesReader()
series_reader.SetFileNames(series_file_names)
series_reader.LoadPrivateTagsOn()
image3D=series_reader.Execute()
size = image3D.GetSize()
#get image data
image_out = sitk.GetImageFromArray(sitk.GetArrayFromImage(img))
#setup other image characteristics
image_out.SetOrigin(img.GetOrigin())
image_out.SetSpacing(img.GetSpacing())
#set to RAI
image_out.SetDirection(tuple(1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0))
sitk.WriteImage(image_out, 'test.mha')