目前腫瘤患者接受最多的治療方式是放射治療,較好的劑量分布是治療成功的重要前提。然而,肺部腫瘤患者自身呼吸運動引起的腫瘤運動,極大影響了放射治療準(zhǔn)確性,使患者無法得到很好的治療效果。在放療過程中,對肺部腫瘤的定位跟蹤,可以借助一種無源無線的磁定位技術(shù)來實現(xiàn)。與傳統(tǒng)的放療定位跟蹤方法相比,磁定位技術(shù)具有跟蹤目標(biāo)小,不受視線遮擋的限制,毫米級定位精度,對人體無輻射傷害等優(yōu)點。為解決上述問題,本文對高精度永磁體定位技術(shù)及其在肺部腫瘤運動跟蹤上的應(yīng)用展開了深入研究。由于磁體本身在遠(yuǎn)距離時磁場強度迅速減弱以及環(huán)境磁場干擾,磁定位系統(tǒng)的定位精度隨著磁體與傳感器陣列距離的增大而急劇變差。為了擴(kuò)展跟蹤范圍,本文提出了兩種新穎的方法。首先,采用了先進(jìn)的三軸隧道磁阻（TMR）傳感器來搭建傳感器陣列,該傳感器比其他類型的磁阻傳感器具有顯著的高靈敏度和低本底噪聲。同時提出了一種融合方法來擴(kuò)展跟蹤范圍。將基于磁偶極子模型的粒子群優(yōu)化-Levenberg Marquardt（PSOLM）方法應(yīng)用于近距離區(qū)域（磁體距離傳感器陣列較近區(qū)域）,將基于先驗知識的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PKBPNN）用于遠(yuǎn)距離區(qū)域（磁體距離傳感器... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Cyberknife系統(tǒng)

中北大學(xué)學(xué)位論文2得定位系統(tǒng)更加復(fù)雜、占據(jù)空間也比較大，而且通常需要花費巨額資金來購買和維護(hù)，從而限制了這類方法的廣泛應(yīng)用性。圖1-1.Cyberknife系統(tǒng)圖1-2.BrainLAB公司的ExacTrac系統(tǒng)Figure1-1.CyberknifesystemFigure1-2.BrainLab"sExactracsystem1.2課題研究的目的和意義本研究的主要目的是實現(xiàn)高精度的單磁性目標(biāo)定位技術(shù)和多磁性目標(biāo)定位技術(shù)，并探究實現(xiàn)基于磁定位技術(shù)的肺部腫瘤實時跟蹤系統(tǒng)。磁定位是直接定位中的一種非X射線成像定位方法。由于磁鐵可以產(chǎn)生靜態(tài)磁場信號，人體相當(dāng)于透明的狀態(tài)，通過高精度磁定位系統(tǒng)可以直接確定磁鐵的位置和方位參數(shù)，具有較高的定位精度，快速便捷，適用于實時定位和跟蹤。磁定位方法一直是眾多研究人員關(guān)注的焦點。磁定位是通過測量周圍磁場來定位磁源的技術(shù)。在待定位的磁體處于不同的位姿時會產(chǎn)生相對應(yīng)的特定分布的磁場，由定位系統(tǒng)的傳感器陣列獲取磁場信息，并將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、濾波等處理后，輸入到定位算法中求解磁源的位置和方向信息。在肺部腫瘤患者在進(jìn)行肺部腫瘤放療中，就需要對患者的體內(nèi)的肺部腫瘤進(jìn)行實時跟蹤。然而，考慮到人體組織器官的透光性較差，在放射治療過程中無法進(jìn)行視覺定位來直接跟蹤腫瘤運動。磁定位技術(shù)適用于在小范圍場景定位，具有毫米級定位精度、定位速度快、系統(tǒng)小巧便攜等優(yōu)點，而基于永磁體的定位跟蹤系統(tǒng)由于不受視野遮擋的限制而成為非常有應(yīng)用價值的優(yōu)選方案[9]如圖1-3。同時，它具有優(yōu)異的定位跟蹤性能，可以提高照射的準(zhǔn)確性，使靶區(qū)得到足夠劑量的照射，可以大大減少靶區(qū)照不全或完全照不到的現(xiàn)象，能盡可能地不損傷

中北大學(xué)學(xué)位論文3周圍其他組織，起到保護(hù)正常器官組織的作用，接受治療完成后的副作用減小，而且患者不必屏住呼吸或?qū)颊哌M(jìn)行體表運動檢測。圖1-3.通過定位永磁體來跟蹤肺部腫瘤運動Figure1-3.Trackinglungtumormotionbypositioningpermanentmagnets1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和分析當(dāng)前，定位跟蹤技術(shù)已經(jīng)成為推進(jìn)計算機(jī)輔助醫(yī)療發(fā)展的核心技術(shù)之一。在受到視線遮擋或光照條件不好地情況下，磁定位技術(shù)被大量應(yīng)用在小范圍內(nèi)高精度實時定位跟蹤中[10]。相對于其他先進(jìn)的定位跟蹤技術(shù)，磁定位技術(shù)作為一個不受視線遮擋限制的高精度定位方法，它在手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人、腫瘤跟蹤、體內(nèi)藥物跟蹤等計算機(jī)輔助醫(yī)療領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力[11-13]。1.3.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近幾十年，使用永磁體作為定位目標(biāo)的定位方法受到國內(nèi)外很多研究者的重視。Schlageter等人實現(xiàn)了一個五自由度的磁跟蹤系統(tǒng)并研究了偏移量、靈敏度失配和傳感器數(shù)目與系統(tǒng)的精度的關(guān)系。該系統(tǒng)可實現(xiàn)高達(dá)14cm的探測距離（在一個小時內(nèi)無需校準(zhǔn)），有效定位距離為14cm，定位速度快，系統(tǒng)小巧便攜[14]。Prakash等人實現(xiàn)了在體外對體內(nèi)單個磁標(biāo)記的定位方法。該定位方法可用于測量體內(nèi)標(biāo)記物的位置和方位參數(shù)，所獲得的參數(shù)可以可靠地用于測量標(biāo)記物的運動頻率。該研究的初步結(jié)果表明，該方法可用于胃腸動力和轉(zhuǎn)運的研究[15]。王旋等人將磁定位系統(tǒng)應(yīng)用在獲取放療時的呼吸曲線上，將磁體黏附在人體胸腹部位置，通過磁定位系統(tǒng)求解磁體的位置信息，對其進(jìn)行加工處理獲得人體的呼吸曲線[16]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]人工智能在放射治療中的若干應(yīng)用研究[D]. 陳海斌.南方醫(yī)科大學(xué) 2018

碩士論文
[1]呼吸門控在肺癌放射治療中的應(yīng)用研究[D]. 陳博.西安醫(yī)學(xué)院 2019
[2]4D-CT聯(lián)合呼吸門控技術(shù)在肺癌立體定向放射治療中的應(yīng)用研究[D]. 張小妮.吉林大學(xué) 2019
[3]鯨魚優(yōu)化算法及其應(yīng)用研究[D]. 凌穎.廣西民族大學(xué) 2018
[4]基于磁傳感的膠囊內(nèi)鏡定位技術(shù)[D]. 牛德森.天津大學(xué) 2017
[5]呼吸門控系統(tǒng)在肺癌放射治療中的應(yīng)用研究[D]. 周瓊.南華大學(xué) 2015
[6]永磁體空間磁場分布規(guī)律及其在傳感器中的應(yīng)用[D]. 李鑫.南京師范大學(xué) 2015
[7]單方向X射線成像的腫瘤定位算法比較[D]. 鄭超.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 2013
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本文編號：2981600