【摘要】：腫瘤放射治療的目的是在最大限度地保護(hù)正常組織的前提下,盡可能多地殺滅腫瘤細(xì)胞,從而提高患者的生存率。但是由于放療過程通常持續(xù)幾周,與初始放療計(jì)劃相比,腫瘤及其周圍重要器官在多次治療實(shí)施過程中,常常會產(chǎn)生位置和形狀的變化。這些變化會造成腫瘤漏照或正常組織受到過多照射,從而導(dǎo)致腫瘤未控或放療并發(fā)癥增多。目前,在線自適應(yīng)放療(Adaptive Radiotherapy, ART)技術(shù)通過在每次放療前掃描患者的放療區(qū)域,獲取腫瘤和周圍危及器官隨時間的變化,并將這些變化反饋以調(diào)整治療計(jì)劃,從而達(dá)到最大限度的消滅腫瘤和保護(hù)正常器官的目的,其中,基于錐形束CT (Cone Beam CT, CBCT)的在線ART技術(shù)研究最為廣泛。在自適應(yīng)放療過程中,病人一直躺在治療床上面,因此,需要利用精準(zhǔn)的配準(zhǔn)算法快速完成腫瘤和正常器官輪廓的映射,從而節(jié)省勾畫的時間；同時,需要醫(yī)生對映射的輪廓進(jìn)行核實(shí),從而避免錯誤的映射造成放療準(zhǔn)確性的降低。然而,CBCT圖像質(zhì)量比較差,其一方面影響了腫瘤和正常器官輪廓映射的準(zhǔn)確性,另一方面影響了醫(yī)生對腫瘤和器官輪廓的精確識別。因此,一方面需要我們開發(fā)基于CBCT圖像的配準(zhǔn)算法,提高配準(zhǔn)的精度,完成輪廓的映射;另一方面需要我們提高CBCT圖像的質(zhì)量,方便醫(yī)生對腫瘤和危及器官的邊緣進(jìn)行準(zhǔn)確的識別,提高放療的精度。所以,本文致力于在線ART中配準(zhǔn)算法和CBCT圖像質(zhì)量的研究,概括全文的研究成果和貢獻(xiàn),主要有如下的幾個方面：(1)基于梯度的CBCT圖像配準(zhǔn)算法研究首先,以Demons方法為例,通過分析變形力的工作原理,闡述了基于密度的配準(zhǔn)算法在進(jìn)行CBCT與CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的時候產(chǎn)生誤配的原因；然后,通過分析CBCT與CT圖像的特征,提出了一種基于梯度的圖像配準(zhǔn)方法,并將其移植到GPU平臺上面,減少配準(zhǔn)所需時間,滿足臨床實(shí)時性的要求；最后,將算法應(yīng)用到研發(fā)的在線自適應(yīng)平臺上面,通過臨床試驗(yàn)驗(yàn)證了梯度配準(zhǔn)算法和研發(fā)的在線自適應(yīng)平臺的有效性。(2) CBCT實(shí)驗(yàn)平臺的搭建針對CBCT投影圖像獲取的問題,利用實(shí)驗(yàn)室的CBCT系統(tǒng),獲取了實(shí)際的投影圖像；同時,通過蒙特卡洛仿真工具包(Geant4),模擬了X射線源、粒子與物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)和平板探測器,構(gòu)建了CBCT實(shí)驗(yàn)仿真平臺,獲取了仿真的投影圖像。(3)基于旋轉(zhuǎn)光柵的CBCT散射校正方法針對CBCT圖像受散射影響比較大的問題,提出了一種基于旋轉(zhuǎn)光柵的CBCT圖像散射校正方法；同時,利用山東新華醫(yī)療器械有限公司提供的G-242射線源和泰雷茲檢測板參數(shù),以及圖像半影的大小對旋轉(zhuǎn)光柵的參數(shù)進(jìn)行了初步的研究；最后,在對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析后發(fā)現(xiàn),經(jīng)過旋轉(zhuǎn)光柵校正后,CBCT圖像的噪聲表現(xiàn)為高頻特性。(4) CBCT圖像噪聲去除的研究研究了經(jīng)過散射校正后的CBCT圖像中的噪聲,包括：針對CBCT圖像的兩種去噪策略-基于投影圖像的去噪和基于重建后圖像的去噪,進(jìn)行了對比分析,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各自的優(yōu)缺點(diǎn);針對散射校正后CBCT圖像噪聲表現(xiàn)為高頻的特性以及CBCT圖像噪聲去除實(shí)時性的要求,提出了一種正交基投影的快速非局部去噪方法,并利用實(shí)驗(yàn)室采集到的CBCT圖像對其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R730.55;TP391.41

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本文編號：2804201