【摘要】：放療過程中,呼吸運動會引起胸腹部腫瘤和器官以一定頻率和幅度移動,影響放療效果,甚至造成人體的放療損傷。監(jiān)測體外呼吸運動,據(jù)此推斷出腫瘤的運動,再通過放療系統(tǒng)控制靶區(qū)與射野相對位置固定,構(gòu)成目前處理放療中呼吸運動問題一種非常有效的追蹤方法。鑒于呼吸運動使胸腹部器官腫瘤運動的同時導(dǎo)致了胸腹表面的運動,而且通過胸腹表面特定點的呼吸運動來推斷腫瘤運動已經(jīng)被證明是有效的,那么通過胸腹表面的運動將能更加準確地推斷出腫瘤運動,而要分析胸腹表面的運動規(guī)律,需要通過胸腹表面的三維運動測量實現(xiàn)。要解決胸腹表面的三維運動測量問題,光學測量方法被公認為最具實用性和發(fā)展?jié)摿�。光學方法可分為點成像、線成像和面成像三種,面成像方法是胸腹表面呼吸運動測量的最佳選擇,該方法又可以分為采集一幅圖像和采集多幅圖像兩種。前者包括雙目視覺、傅里葉變換輪廓術(shù)、窗口傅里葉變換輪廓術(shù)和小波變換輪廓術(shù)等;后者包括相移輪廓術(shù)、時間編碼方法等,此類方法測量準確度高但采集速度較慢,不適用于本文的動態(tài)三維測量。而采集一幅圖像的三維測量方法對胸腹表面呼吸運動測量來說是一種理想的解決方案。本文針對放療中人體胸腹表面的呼吸運動,研究其三維動態(tài)測量方法,主要工作如下:1.鑒于三維傅里葉變換性能優(yōu)于一維傅里葉變換,采用一種空域時域相結(jié)合的三維傅里葉條紋分析折疊相位抽取方法,將不同時刻胸腹表面編碼條紋圖像構(gòu)成的圖像序列看作一個三維整體,通過三維傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻域,再通過頻域濾波,抽取包含折疊相位信息的正一級頻譜,然后進行三維傅里葉逆變換,從而得到折疊相位信息,通過增加時間維的濾波,以進一步提高折疊相位抽取的準確度和抗干擾能力。2.針對三維傅里葉變換后的頻域濾波問題,采用三維高斯濾波器進行頻域濾波,并通過設(shè)計優(yōu)化濾波器參數(shù),得到具有明顯個體特性的高斯濾波器參數(shù),從而減小振鈴效應(yīng),提高折疊相位抽取的準確度,進而提高胸腹表面三維測量的準確度。3.針對傅里葉條紋分析方法只具有全局分析能力的問題,而小波變換具有多分辨率分析的特點,采用一種空域時域相結(jié)合的三維小波變換折疊相位抽取方法,針對條紋圖像序列進行三維小波變換,通過選取合適的尺度因子范圍,根據(jù)小波“脊”處的小波系數(shù),得到條紋圖像序列的折疊相位信息,其中增加利用了時間維信息,以進一步提高折疊相位抽取的準確度,進而提高胸腹表面三維測量的準確度,更好地反映胸腹表面的細節(jié)信息。4.針對現(xiàn)代放療的需求,構(gòu)建一種人體胸腹表面三維測量方法,通過將三個不同頻率的余弦條紋圖案分別編碼到彩色圖像R、G、B三個通道中,利用投影儀投射到人體胸腹表面上,然后采用3CCD工業(yè)相機進行采集,得到胸腹表面條紋圖像序列。通過顏色標定分離出R、G、B三個通道的編碼條紋圖像,通過前述所提折疊相位抽取方法得到圖像序列的折疊相位信息,使用一種展開范圍大的時間相位展開方法得到絕對相位,利用三角法測量原理獲取胸腹表面的三維圖像序列。根據(jù)上述方法,通過理論分析,構(gòu)建實驗裝置,通過測量實驗,進行方法驗證。實驗結(jié)果表明,本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)呼吸過程中人體胸腹表面的三維測量。
【圖文】：

圖 1-1 胸腹部器官運動受呼吸運動影響的示意圖Fig. 1-1 The schematic diagram of thoracic and abdominal organ motion induced byrespiratory motion目前，為減小呼吸運動對胸腹部放療靶區(qū)不確定程度造成的影響，臨床上主要通過以下幾種方式對呼吸運動的影響進行抑制和補償：(1) 為防止放療過程中腫瘤受呼吸運動影響偏移到靶區(qū)以外，在前期進行靶區(qū)勾畫(如圖 1-2 所示)時會適當外擴靶區(qū)的范圍，即增添安全邊界[2]。該方法雖然考慮到了腫瘤運動產(chǎn)生的影響，但擴大靶區(qū)照射范圍，也增加了正常組織以及器官受高劑量照射的概率，，進而增加了放療引發(fā)的不良反應(yīng)發(fā)生的概率。

圖 1-1 胸腹部器官運動受呼吸運動影響的示意圖Fig. 1-1 The schematic diagram of thoracic and abdominal organ motion induced byrespiratory motion目前，為減小呼吸運動對胸腹部放療靶區(qū)不確定程度造成的影響，臨床上主要通過以下幾種方式對呼吸運動的影響進行抑制和補償：(1) 為防止放療過程中腫瘤受呼吸運動影響偏移到靶區(qū)以外，在前期進行靶區(qū)勾畫(如圖 1-2 所示)時會適當外擴靶區(qū)的范圍，即增添安全邊界[2]。該方法雖然考慮到了腫瘤運動產(chǎn)生的影響，但擴大靶區(qū)照射范圍，也增加了正常組織以及器官受高劑量照射的概率，進而增加了放療引發(fā)的不良反應(yīng)發(fā)生的概率。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;R730.55

【參考文獻】

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本文編號：2705035