自適應(yīng)放射治療中的圖像變形配準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、南方醫(yī)科大學(xué)2010級(jí)博士學(xué)位論文自適應(yīng)放射治療中的圖像變形配準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究ResearchofDeformableImageRegistrtionforAdaptiveRadiationTherapy課題來源：2009年國(guó)家自然科學(xué)基金一Demons模型在圖像引導(dǎo)放射治療中的應(yīng)用研究學(xué)位申請(qǐng)人導(dǎo)師姓名專業(yè)名稱培養(yǎng)類型培養(yǎng)層次所在學(xué)院甄鑫周凌宏生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)型博士生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院2013年5月2日廣州摘要床靶區(qū)的外擴(kuò)范圍，重新進(jìn)行計(jì)劃

2、設(shè)計(jì)以調(diào)整后續(xù)分次照射劑量后，再實(shí)施后續(xù)的治療。離線ART主要是為了解決治療分次間的系統(tǒng)誤差問題。在線ART則是指根據(jù)當(dāng)前分次采集的病人解剖結(jié)構(gòu)信息，實(shí)時(shí)修改治療計(jì)劃，并按照修改后的治療計(jì)劃實(shí)施當(dāng)前分次治療。在線ART主要是為了消除隨機(jī)誤差以及形變誤差。對(duì)于在線ART，每分次治療間獲取的病人解剖圖像可以是CT圖像或者是錐形束CT(conebeamCT，CBCT)圖像。ART通過比較計(jì)劃CT圖像和當(dāng)次治療體位的CT／CBCT圖像獲取器官形

3、變的信息，并消除該形變對(duì)病人實(shí)際受照劑量的影響。具體來說，是利用圖像變形配準(zhǔn)對(duì)計(jì)劃CT圖像和當(dāng)次治療的CT／CBCT圖像進(jìn)行變形配準(zhǔn)得到變形場(chǎng)，然后將計(jì)劃CT圖像及輪廓線映射到當(dāng)前體位，重新優(yōu)化后生成新的計(jì)劃實(shí)施放療；另外，需要通過圖像變形配準(zhǔn)將各個(gè)不同分次間的劑量變換到同一個(gè)參考空間，進(jìn)行劑量疊加，從而監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)病人在整個(gè)放療期間的實(shí)際受照總劑量。由此可見，圖像變形配準(zhǔn)是自適應(yīng)放射治療中的關(guān)鍵技術(shù)，其準(zhǔn)確性直接影響病人受照劑量的精確性

4、。目前臨床上，不管是以CT還是CBCT圖像作為參考圖像用于變形配準(zhǔn)，都存在著一些瓶頸問題有待解決。以CBCT圖像作為參考圖像時(shí)，其主要問題是不理想的CBCT圖像質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致圖像配準(zhǔn)精度下降，甚至配準(zhǔn)過程無法完成，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1)CBCT圖像的強(qiáng)度與傳統(tǒng)CT圖像強(qiáng)度(CT值)不一致。首先，在物理結(jié)構(gòu)上，由于CBCT使用了大面積的X射線探測(cè)板和錐形射束，病人受照體積要比傳統(tǒng)多排螺旋CT大得多，同時(shí)，散射線也會(huì)隨著射束錐角的增大而急

5、劇增加，散射原發(fā)比(scattertoprimaryratio，SPR)可達(dá)100％，導(dǎo)致CT值的誤差高達(dá)350HU(hounsfieldunit，HU)。我們知道，散射線不包含有用的解剖信息，反而會(huì)帶來重建誤差，如出現(xiàn)散射偽影，密度分辨率下降等。其次，在重建算法上，目前商用CT一般使用濾波反投影法，而CBCT則使用FDK算法，雖然本質(zhì)上FDK算法是濾波反投影算法的三維擴(kuò)展，但由于受到了射束錐角的影響，只有中心平面的重建才是精確的。另外