本文關鍵詞：錐形束CT圖像的散射校正

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【摘要】：精準放射治療技術努力最大限度地殺滅腫瘤細胞,同時最大程度地保護周圍正常組織和危及器官。放射治療過程中,對于腫瘤靶區(qū)變形嚴重的病例,需要及時調整放射治療計劃�；阱F形束CT(Cone Beam Computed Tomography, CBCT)圖像進行計劃驗證和調整具有耗時少、成本低、病人接收劑量低等優(yōu)點。但CBCT圖像存在偽影多、HU值不穩(wěn)定等缺陷,對劑量計算精度產生很大影響。本文對CBCT圖像的散射校正方法進行了深入研究,以解決上述問題并達到自適應放射治療中基于CBCT圖像進行劑量計算實用化的目的。 本文首先發(fā)展了基于蒙特卡羅的CBCT系統(tǒng)模塊化建模方法。該方法可區(qū)分出原射線和散射線,并分離出不同部件的散射分布。通過Beamdp程序分析、水模劑量測量實驗及模體圖像散射成份提取的驗證,結果表明該方法可準確模擬射線傳播路徑并分離出不同部件的散射成份,模型計算得到的劑量與實測誤差在2%以內。 其次,在筆形束模型計算散射核函數(shù)的基礎上,本文實現(xiàn)了基于散射核反卷積的CBCT圖像散射校正方法,并對該方法涉及到的信號轉換模型建立、散射核計算、散射建模等關鍵環(huán)節(jié)進行詳細研究。采用水模和仿真頭模的CBCT圖像散射校正進行測試,結果表明CBCT圖像質量明顯改善,散原射線比(Scatter-to-Primary Ratios, SPR)整體降低一個數(shù)量級。 最后,在以上研究基礎上進一步開展散射校正后CBCT圖像應用于劑量計算的研究。采用散射校正后的標準模體CBCT圖像建立HU-ED標定曲線。通過對模體和鼻咽癌病例的治療計劃進行驗證,與CT-ED標定曲線計算結果進行比較。結果表明基于散射校正后CBCT圖像進行計劑量計算的精度大幅度提高,伽馬通過率分別從散射校正前的48.1%、75.2%提高至95.3%、97.7%,為實現(xiàn)自適應放射治療中的基于CBCT圖像進行劑量計算提供技術支持。
【關鍵詞】：錐形束CT 蒙特卡羅模擬 散射校正 散射核反卷積
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 精準放射治療技術11-13
• 1.1.2 基于CBCT的圖像引導放射治療13-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 CBCT散射校正的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 CBCT圖像用于劑量計算的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 精準放射治療計劃系統(tǒng)(ARTS)18-19
• 1.4 論文研究目標和意義19-22
• 1.4.1 研究目標20
• 1.4.2 研究意義20-22
• 1.5 論文研究內容和結構22-25
• 第二章 原理及方法25-41
• 2.1 CBCT圖像散射成因及散射校正方法25-33
• 2.1.1 散射成因及CBCT圖像中的偽影25-29
• 2.1.2 CBCT圖像散射校正方法29-32
• 2.1.3 散射校正效果評價32-33
• 2.2 蒙特卡羅方法33-37
• 2.2.1 蒙特卡羅方法原理33-34
• 2.2.2 蒙特卡羅程序34-37
• 2.2.2.1 常用的蒙特卡羅程序34-36
• 2.2.2.2 EGSnrc蒙特卡羅程序36-37
• 2.3 散射核反卷積方法37-38
• 2.3.1 散射核反卷積方法的原理37
• 2.3.2 基于散射核反卷積方法散射校正的實現(xiàn)流程37-38
• 2.4 劑量驗證方法38-40
• 2.5 小結40-41
• 第三章 基于蒙特卡羅的CBCT系統(tǒng)模塊化建模及模型驗證41-61
• 3.1 模塊化建立CBCT系統(tǒng)模型41-51
• 3.1.1 CBCT系統(tǒng)構造42-44
• 3.1.2 蒙特卡羅模擬參數(shù)設置44-48
• 3.1.3 X射線源系統(tǒng)模型48-50
• 3.1.4 模體和平板探測器模型50-51
• 3.2 CBCT系統(tǒng)模型正確性驗證51-59
• 3.2.1 Beamdp程序分析52
• 3.2.2 水模劑量測量52-55
• 3.2.3 模體圖像的散射校正55-59
• 3.3 小結59-61
• 第四章 基于散射核反卷積的CBCT圖像散射校正61-79
• 4.1 平板探測器信號轉換模型61-68
• 4.1.1 平板探測器的響應特性61-64
• 4.1.2 模體厚度-灰度信號轉換模型64-68
• 4.2 散射核計算68-74
• 4.2.1 散射點擴展函數(shù)68-70
• 4.2.2 散射核函數(shù)70-74
• 4.3 散射建模74-75
• 4.4 體模的CBCT圖像散射校正75-78
• 4.4.1 均勻水模的CBCT圖像散射校正76-77
• 4.4.2 仿真頭模的CBCT圖像散射校正77-78
• 4.5 小結78-79
• 第五章 散射校正后CBCT圖像應用于劑量計算79-89
• 5.1 HU-EDR標定關系79-82
• 5.1.1 CBCT圖像HU-EDR模型建立方法79-81
• 5.1.2 HU-EDR標定關系的建立81-82
• 5.2 散射校正后CBCT圖像應用于劑量計算82-87
• 5.2.1 CATphan標準模體計劃劑量計算83-85
• 5.2.2 鼻咽癌病例計劃劑量計算85-87
• 5.3 小結87-89
• 第六章 總結與展望89-93
• 6.1 總結89-90
• 6.1.1 研究內容總結89-90
• 6.1.2 論文創(chuàng)新之處90
• 6.2 展望90-93
• 參考文獻93-103
• 致謝103-105
• 在讀期間發(fā)表的學術論文105-107
• 參與項目與所獲獎勵107

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳宜燦;李靜驚;李瑩;曾勤;陳明亮;鄭善良;許德政;蔣潔瓊;盧磊;丁愛平;胡海敏;龍鵬程;柏云清;羅月童;曹瑞芬;鄒俊;何兆忠;黃群英;FDS團隊;;大型集成多功能中子學計算與分析系統(tǒng)VisualBUS的研究與發(fā)展[J];核科學與工程;2007年04期

2 曹瑞芬;吳宜燦;裴曦;景佳;李國麗;程夢云;李貴;胡麗琴;;Multi-objective optimization of inverse planning for accurate radiotherapy[J];中國物理C;2011年03期

3 李貴;鄭華慶;吳宜燦;FDS團隊;;基于多算法的電子劑量場反演方法[J];核技術;2010年01期

4 吳宜燦;柏云清;宋勇;黃群英;劉超;王明煌;周濤;金鳴;吳慶生;汪建業(yè);蔣潔瓊;胡麗琴;李春京;高勝;李亞洲;龍鵬程;趙柱民;郁杰;FDS團隊;;中國鉛基研究反應堆概念設計研究[J];核科學與工程;2014年02期

5 謝世朋;羅立名;;Scatter correction for cone-beam computed tomography using self-adaptive scatter kernel superposition[J];中國物理C;2012年06期

6 任健;高峰;王艷菊;;二維電離室點矩陣Matrixx在調強驗證中的應用[J];醫(yī)療裝備;2011年02期

7 吳宜燦;李國麗;陶聲祥;吳愛東;孔令玲;劉伯學;林大全;陳義學;宋鋼;趙攀;林輝;陳朝斌;黃群英;吳李軍;;精確放射治療系統(tǒng)ARTS的研究與發(fā)展[J];中國醫(yī)學物理學雜志;2005年06期

8 李清軍,趙洪樸,孫逸,張夢龍,王剛,劉希運;DR系統(tǒng)中平板探測器能量響應特性的研究[J];中華放射醫(yī)學與防護雜志;2005年02期

9 戴建榮;胡逸民;;圖像引導放療的實現(xiàn)方式[J];中華放射腫瘤學雜志;2006年02期

10 胡逸民，，谷銑之;適形放射治療─腫瘤放射治療技術的進展[J];中華放射腫瘤學雜志;1997年01期

本文編號：535532