隨著信息科學技術的發(fā)展,計算機科學技術在醫(yī)學領域也得到了極大的應用�，F(xiàn)代醫(yī)學可以說已經(jīng)離不開計算機科學技術,其中的計算機輔助診斷技術與計算機指導癌癥放射治療技術越來越受到人們的關注,它們是近幾年來在多學科交叉領域中興起的前沿課題,隨著數(shù)字化、智能化進程的發(fā)展,計算機輔助診斷技術以及計算機指導癌癥放射治療技術的應用將會有更加廣闊的前景。本論文主要研究了兩項與上述兩種技術相關的理論及其臨床應用。骨質疏松癥是一種最常見的代謝性骨骼疾病,其特征是骨量低,當骨強度受損并導致骨折風險增加時,就會導致骨質疏松癥。骨礦物質密度(Bone mineral density,BMD)是骨耐受負荷和骨折的主要預測指標,現(xiàn)在有大量的研究測量BMD,但仍然存在一些問題有待解決。X射線誘導聲學計算機斷層掃描(X-ray-induced acoustic computed tomography,XACT)是一種新的很有前景的成像模式,它將X射線吸收的高對比度與超聲波提供的高分辨率的優(yōu)勢相結合。在本研究中,我們提出了用于骨密度成像的三維XACT成像系統(tǒng)并在MATLAB上用K-wave工具箱進行了仿真實驗。我們設計了一個三維球面探測器陣列并研究了它的最佳成像位置以及系統(tǒng)成像分辨率,沿軸向和橫向的成像空間分辨率為123-130μm。我們使用真實生物樣本生成的數(shù)字模型,模擬了小鼠骨骼微結構的三維XACT成像。該研究的結果將極大地增強XACT成像在評估骨疾病中用于未來臨床應用的潛力。XACT作為一種新穎的有前景的成像模式,其成像原理跟X射線的吸收有關,XACT成像不僅可以用來輔助診斷器官組織的病變,它的另一個應用方向在于癌癥放療過程中的放射劑量實時監(jiān)控。在放療實施之前,放射治療計劃的制定是尤為重要的,因為它指導放療的整個過程。在本論文另一部分研究中,基于知識的肝癌調強放療計劃自動優(yōu)化技術目的在于為個體患者半自動制定精確地放療計劃,計算出靶區(qū)和危及器官的放射劑量,并指導放射治療的過程,是放射治療過程中XACT進行劑量實時監(jiān)控的前提,對精準放療的發(fā)展具有相當大的意義。調強放射治療(Intensity modulated radiation therapy,IMRT),其基于計算機的逆向放療計劃優(yōu)化,可以向腫瘤遞送更高的治療劑量,同時減少對鄰近正常組織的影響。然而,目前每個IMRT計劃都是從頭開始的,并使用試錯法進行優(yōu)化,這種方法既費時又主觀。基于知識的計劃自動化優(yōu)化技術旨在減少計劃質量的不一致和計劃制定的時間�；谥R的計劃自動優(yōu)化軟件-RapidPlan,通過訓練由不同患者計劃組成的模型庫來獲得可以預測新患者劑量-體積直方圖(DVH)的模型,并使用這些模型來設置優(yōu)化目標,然而軟件剛處于試用階段,對模型預測能力以及其臨床應用仍待進一步研究。這項工作的目的是針對具有特殊解剖特征的患者的肝臟調強放療(IMRT)治療的臨床計劃與RapidPlan自動優(yōu)化的計劃進行比較,并研究一般模型(Model-G)與我們的特定模型(Model-S)的預測能力。我們的研究結果表明,RapidPlan可以自動生成高質量的放療計劃,兩個模型相比較,RPS計劃顯著提高了的靶區(qū)適型度以及顯著降低了右腎和脊髓的劑量。對具有特定結構的病例來說,小而精的模型比尺寸大的模型對模型的預測能力影響更大。
【學位單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O434.1;R580
【部分圖文】：

圖 1-4-1 XACT 成像原理圖為了誘導聲波，X 射線被內殼電子的激發(fā)吸收并產(chǎn)生光電子，被激發(fā)的電子通過電磁輻射（可以被重新吸收）或通過俄歇過程衰減，俄歇電子和光電子通過產(chǎn)生二次電子級聯(lián)將其部分動能轉移到周圍介質中，在多次碰撞之后，這些電子達到熱平衡，從熱化的激發(fā)電子系統(tǒng)到組織的能量轉移由電子聲子相互作用控制，從而增加了原子系統(tǒng)的溫度。照射體積中溫度的升高通常小于 1 毫克，產(chǎn)生的壓力波是 X 射線誘導的聲學（XA）信號，即 X 射線束向下傳播，從探測目標產(chǎn)生 XA 信號（圖 1-4-1）。 X 射線誘導的聲學效應過程本質上是三維的，因為 XA 波本質上是球形的，并且從它們的生成點向所有方向傳播，將 XA 信號用于體積成像是它獨特的優(yōu)勢，單個投影 X 射線曝光足以在三維空間中產(chǎn)生聲信號。

圖 1-4-1 XACT 成像原理圖內殼電子的激發(fā)吸收并產(chǎn)生光電子，被激發(fā)通過俄歇過程衰減，俄歇電子和光電子通過圍介質中，在多次碰撞之后，這些電子達到量轉移由電子聲子相互作用控制，從而增加通常小于 1 毫克，產(chǎn)生的壓力波是 X 射線誘播，從探測目標產(chǎn)生 XA 信號（圖 1-4-1）。的，因為 XA 波本質上是球形的，并且從它們于體積成像是它獨特的優(yōu)勢，單個投影 X 射

的聲學效應引起的初始壓力，然后我們使用 Matlab K-Wave 工具箱從發(fā)生點和超聲波誘導 X 射線誘導的超聲波傳播以及超聲探測器陣列探測到超聲信號進行模擬仿真，通過迭代重建算法對初始壓力進行XACT圖像的三維重建。圖3-1-1展示了仿真實驗的流程。圖 3-1-1 仿真實驗流程圖圖 3-1-2 展示了我們設計的三維 XACT 成像的仿真示意圖，它利用直線加速器發(fā)出的 X 射線，照射到生物的被測組織上（圖中藍色立方體），生物組織間歇性吸收熱量，并向周圍空間發(fā)射超聲波，采用我們設計的球面超聲探測器收集超聲信號。山東師范大學碩士學位論文

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本文編號：2831856