【摘要】：背景和目的:磁共振(MR)模擬定位技術(shù)是最新的放療模擬定位技術(shù)之一,與常用的CT模擬定位技術(shù)相比,磁共振圖像(MRI)具有軟組織分辨率高、無輻射劑量等優(yōu)點。但目前還存在如下關(guān)鍵問題需要解決:1)缺乏MR模擬定位圖像驗收測試的總體策略和具體方案;2)單次激發(fā)擴散加權(quán)回波平面成像(DWEPI)是監(jiān)測腫瘤生物學(xué)特性的重要序列,其幾何精度亟待改進(jìn);3)無法提供電子密度信息用于放療計劃的劑量計算。針對上述關(guān)鍵問題,本課題擬建立完整的MR模擬定位圖像驗收測試流程,編寫半自動圖像分析程序,對模體掃描圖像各項指標(biāo)進(jìn)行分析,完成對掃描儀和模擬定位射頻線圈等硬件設(shè)備以及放療模擬定位序列的驗收測試。并對單次激發(fā)擴散加權(quán)EPI幾何失真情況進(jìn)行測量,研究滿足放療模擬定位精度的腦部腫瘤EPI掃描序列,將基于多路敏感度編碼(MUSE)的多次激發(fā)EPI序列應(yīng)用于放療模擬定位,以減少EPDWI序列的幾何畸變。擬基于鼻咽癌MR模擬定位圖像,建立卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,從MR圖像合成CT圖像,并驗證模型的準(zhǔn)確性。材料和方法:所有圖像均在3.0T大孔徑MR模擬定位機(Discovery MR750W,GE Healthcare)采集。使用ACR模體進(jìn)行圖像質(zhì)量分析,編程實現(xiàn)自動分析幾何畸變百分比(%GD)、層位置(SP)、層厚(ST)、百分圖像均勻性(PIU)、偽影比(GR)和信噪比(SNR)6個定量指標(biāo)和半自動分析高對比空間分辨率(HCSR)及低對比分辨率(LCD)2個指標(biāo)。使用ACR標(biāo)準(zhǔn)序列和正交頭線圈檢查掃描儀的基本性能。使用ACR標(biāo)準(zhǔn)序列測試6通道分離式頭部放療模擬定位線圈和體部相控陣線圈,并與診斷線圈進(jìn)行比較。使用放療臨床結(jié)構(gòu)像脈沖序列配合模擬定位射頻線圈,對序列參數(shù)設(shè)置和掃描儀的高級性能進(jìn)行驗收測試。并通過模體偏中心擺位,完成大孔徑掃描儀模擬定位序列幾何畸變測量。建立間隔采集的多次激發(fā)EPI序列和基于MUSE的無導(dǎo)航脈沖重建算法。采集T2 PORPELLE序列作為參考圖像,與SS-DWEPI和MUSE-DWEPI的b0和b1000圖像(b=0s/mm2和1000s/mm2)進(jìn)行比較。開發(fā)內(nèi)部程序進(jìn)行自動交互式幾何畸變測量和感興趣區(qū)域自動ADC值計算。在模體研究中,在近中心層面和遠(yuǎn)離中心層面進(jìn)行掃描,自動計算MUSE-DWEPI和SS-DWEPI控制點的相對位移矢量,及模體直徑的%GD。在患者研究中,入組需行MR模擬定位的10名腦腫瘤患者(其中6名患者為術(shù)后腦膠質(zhì)瘤,4名患者為腦轉(zhuǎn)移瘤)�；赥2 PROPELLER,SS-DWEPI和MUSE-DWEPI分別勾畫腫瘤靶區(qū)和四個腦區(qū),使用Dice相似性系數(shù)(DSC)和Hausdorff距離(HD)來計算幾何畸變的水平�；仡櫺苑治鲈谖以盒蟹派渲委煹脑缙诒茄拾┗颊�20例。每位患者分別完成MRI和CT模擬定位掃描。對MRIT1 FSE序列和CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)及預(yù)處理。建立端到端的全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),采用10折交叉驗證方法,訓(xùn)練偽CT(pCT)生成模型�；隗w素點計算平均絕對誤差(MAE)、平均誤差(ME)和均方根誤差(RMSE),驗證pCT的準(zhǔn)確性。結(jié)果:ACR模體圖像自動分析結(jié)果與人工分析結(jié)果,各項指標(biāo)差別均可控制在1%或0.05 mm以內(nèi),平均每套圖像的分析時間從人工分析的16.27分鐘,下降到1.73分鐘。使用ACR標(biāo)準(zhǔn)序列和正交頭線圈,圖像質(zhì)量各項指標(biāo)均可達(dá)到ACR推薦的標(biāo)準(zhǔn)。6通道頭部放療模擬定位線圈與8通道診斷頭部線圈相比,PIU降低約34%,其它7個圖像質(zhì)量參數(shù)均在可接受范圍。通過強度校準(zhǔn)方法,PIU可以提高到85%以上。模擬定位序列包括T1加權(quán)和T2加權(quán)圖像,幾何畸變在等中心和偏離中心10 cm 處%GD均可控制±1%以內(nèi)。EPI序列模體研究,在近中心層面和在z方向遠(yuǎn)離中心層面采用不同的b值測量,SS-DWEPI序列的%GD均在7%-8%的范圍內(nèi)波動,而MUSE-DWEPI序列%GD的波動范圍均可控制在2%-3%,圖像畸變主要沿相位編碼方向。在近中心層面,SS-DWEPI序列b0和b1000所有控制點平均相對位移為4.45±3.44 mm,MUSE-DWEPI序列b0和b1000的平均相對位移為2.17±1.9mm。從距離中心層面0.8cm增加到4.8 cm時,SS-DWEPI序列控制點相對位移的平均值增加8.3 mm,較MUSE-DWEPI明顯。對于入組所有病人勾畫的腦區(qū)和靶區(qū),使用MUSE-DWEPI較SS-DWEPI序列,DSC值平均提高0.32±0.31(p0.01),HD值平均降低3.69±1.36 mm(p0.01)。對1433套配對的MRI和CT模擬定位圖片,訓(xùn)練pCT生成模型,進(jìn)行10折的交叉驗證。平均ME為-9.3±16.9HU,平均MAE為102.6±11.4HU,平均RMSE為209.8±22.6HU。模型訓(xùn)練的平均時間為2.22±0.04小時,每例病人pCT生成的平均時間為7.90±0.47秒。結(jié)論:本課題建立了一套半自動MR模擬定位圖像驗收測試方法,保證了 MR模擬定位系統(tǒng)投入臨床使用的精度和圖像質(zhì)量,及圖像分析的效率和精度;首次提出將相位編碼方向分段的多次激發(fā)EPI序列和基于MUSE的無導(dǎo)航脈沖重建算法應(yīng)用于放療模擬定位,通過模體研究和患者研究,證明與SS-DWEPI相比,MUSE-DWEPI序列顯著減少圖像的幾何畸變,可以應(yīng)用于腦部放療模擬定位:建立端到端的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)從鼻咽癌MRI到pCT的轉(zhuǎn)換,且具有較高的轉(zhuǎn)換精度和效率,在基于單獨MRI的放療流程中,可減少患者額外CT的使用,降低輻射劑量,保證勾畫的精度。
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;R445.2;R730.55
【圖文】：

為了滿足放射治療的需要，ＭＲ模擬定位機掃描孔徑需大于等于７０ｃｍ，其主要逡逑組成及配置包括：ＭＲ丨掃描儀，掃描平板床，放療模擬定位兼容射頻線圈，激光燈逡逑和磁共振兼容擺位輔助裝置等（圖１－１）。逡逑２逡逑

１．５邋ＭＲ模擬定位應(yīng)用方式及亟待解決的問題逡逑目前在臨床上應(yīng)用的，與ＭＲ模擬定位相關(guān)的三維調(diào)強放療計劃設(shè)計工作流程，逡逑主要是與ＣＴ模擬定位結(jié)合的方式（圖１－２）。以熱塑膜體位固定為例，主要工作流逡逑包括：１）行ＣＴ模擬定位：確定患者的治療體位，選擇體位固定的方法，患者擺位逡逑制作固定模，使用三維（ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，３Ｄ）激光燈確定參考點位置，貼體表參逡逑考標(biāo)，行ＣＴ模型定位掃描；２）行ＭＲ模擬定位掃描：使用外置激光燈根據(jù)患者的逡逑體表標(biāo)記進(jìn)行擺位，佩戴相同的固定模并確認(rèn)與激光燈線一致，在相同的參考點貼逡逑磁共振掃描可識別的標(biāo)記，完成ＭＲ模擬定位掃＿描；３）將患者ＣＴ和ＭＲ模擬定位逡逑圖像均傳至計劃系統(tǒng)；４）以模擬定位ＣＴ作為基準(zhǔn)，使用ＭＲ模擬定位圖像與ＣＴ逡逑８逡逑

我們設(shè)計制作一個與圓柱形ＡＣＲ模體匹配的平板床固定支架，并與ＡＱＵＡＲＩＵＳ模逡逑體配備的固定裝置和水平儀配合使用，可以進(jìn)行模體擺位水平調(diào)整，保證了擺位的逡逑精度（圖２－１）。逡逑＇邐（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－邋１邋ＡＣＲ模體擺位設(shè)置逡逑（ａ）邋６通道放療模擬定位頭部線圈；（ｂ）使用體部相控陣線圈進(jìn)行偏中心１０厘逡逑米掃描逡逑１７逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 傅志超;程惠華;原錦;賴紅斌;李東石;林貴山;陳建英;;PET/CT模擬定位系統(tǒng)在放射治療中的初步應(yīng)用[J];臨床腫瘤學(xué)雜志;2006年02期

2 呂慶文;CT模擬定位放療系統(tǒng)的研究[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2003年S1期

3 徐崢浦,尹子臣,姬華;CT模擬定位系統(tǒng)[J];醫(yī)療設(shè)備信息;1998年03期

4 吳剛;;腫瘤三維適形精準(zhǔn)放療定位中CT模擬定位的效果研究[J];臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志;2018年93期

5 趙瑞;李莎;李俊杰;魏世華;;復(fù)雜放療射野模擬定位方法的改進(jìn)研究[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2018年10期

6 秦偉;陳飛;時飛躍;趙環(huán)宇;陳錦飛;;模擬定位技術(shù)在放射治療中的應(yīng)用與發(fā)展[J];中國醫(yī)療設(shè)備;2013年12期

7 胡勝榮;;多排螺旋CT在三維適形調(diào)強放療中模擬定位的應(yīng)用研究[J];影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用;2019年21期

8 劉勇,岳少華;聚光筒外加模擬定位燈的制作及使用[J];醫(yī)療設(shè)備信息;2000年03期

9 宋志恒;劉常鳴;;鼻咽癌調(diào)強放療患者重復(fù)CT模擬定位分析腫瘤體積變化的價值分析[J];世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘;2019年28期

10 邱凌云;;重復(fù)CT模擬定位分析腫瘤體積變化對鼻咽癌患者調(diào)強放療的影響[J];醫(yī)療裝備;2018年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 程惠華;傅志超;原錦;賴紅斌;李東石;林貴山;;PET/CT模擬定位系統(tǒng)在放療中的初步應(yīng)用[A];2007第六屆全國放射腫瘤學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

2 全力;文海燕;;CT模擬定位技術(shù)[A];中華醫(yī)學(xué)會第十三屆全國放射學(xué)大會論文匯編（下冊）[C];2006年

3 張梅芳;黃家文;陳韻彬;;CT定位在IMRT中的應(yīng)用價值[A];2009中華醫(yī)學(xué)會影像技術(shù)分會第十七次全國學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

4 楊軍;劉海;;多層螺旋CT模擬定位系統(tǒng)在放射治療中的應(yīng)用[A];2003年全國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2003年

5 顧文棟;;CT模擬定位在宮頸癌術(shù)后輔助放療中的必要性[A];2007第六屆全國放射腫瘤學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

6 邵國良;謝鐵明;;MR精準(zhǔn)模擬定位與CT圖像融合技術(shù)在放療靶區(qū)勾畫中的應(yīng)用[A];2016年浙江省醫(yī)學(xué)會放射與影像技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文匯編[C];2016年

7 王方正;付真富;張鴻未;陳曉鐘;徐敏;江海濤;王敏華;馮星來;姜峰;李斌;;CT模擬定位在胸中下段食管癌放射治療設(shè)野中的價值[A];浙江省第二十次腫瘤防治學(xué)術(shù)年會暨首屆浙江腫瘤學(xué)術(shù)周論文匯編[C];2006年

8 茅靜芳;夏凡;丁金泉;許青;盛華;陸惠忠;楊煥軍;;CT模擬與傳統(tǒng)模擬定位下食管癌病變長度的對比初步結(jié)果報道[A];2007第六屆全國放射腫瘤學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

9 王首龍;高緒峰;;64排螺旋CT模擬定位的差錯分析及質(zhì)量保證[A];中華醫(yī)學(xué)會放射腫瘤治療學(xué)分會六屆二次暨中國抗癌協(xié)會腫瘤放療專業(yè)委員會二屆二次學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

10 黃賽花;葉云婕;;靜脈留置針在腫瘤放療增強CT模擬定位中的應(yīng)用[A];“全國護(hù)理管理改革創(chuàng)新”高層論壇、全國護(hù)理新理論、新方法、新技術(shù)研討會論文匯編[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳辛元;放療磁共振模擬定位技術(shù)研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陸旭;磁共振模擬定位技術(shù)在前列腺癌精確放療中的初步應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2018年

2 阿衣古麗;肺癌CT模擬及X-線模擬定位放療計劃的劑量學(xué)比較研究[D];新疆醫(yī)科大學(xué);2006年

3 楊艷明;CT模擬定位在鼻咽癌放療中減少視神經(jīng)劑量的臨床研究[D];吉林大學(xué);2006年

本文編號：2804787