基于Eclipse放疗计划系统的自动勾画技术的研究和分析

作     者：徐莉霞 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭宏

授予年度：2019年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：医学图像配准 医学图像分割 危及器官 自动勾画 手工勾画 

摘      要：近几年来,癌症的发病率越来越高,放射治疗是癌症治疗中很重要的一部分。患者的靶区及危及器官勾画又是放射治疗过程中的最重要的环节,也是最花费时间和精力的一个环节,所以放射治疗计划系统的靶区及危及器官自动勾画功能能有效地服务于临床。目前市场上有多种计划系统的自动勾画功能,但大家对自动勾画这功能研究比较少,而且临床应用也很少。目前医院里很少用自动勾画这块功能,不确定这方面功能是否真的适用于临床,是否真的为临床服务?本文针对放射治疗计划系统的自动勾画功能是否适用于临床这个问题进行研究。选用了目前市场上应用最广泛的Eclipse计划系统为研究对象,对其自动勾画功能进行研究和分析。人体四个部位的危及器官用Eclipse自动勾画功能进行自动勾画,自动危及器官勾画的结果与人工危及器官勾画的结果进行比对,得出人体各个部位危及器官的勾画效果,从而的得出Eclipse计划系统的自动勾画功能在临床上的使用价值。主要工作如下:(1)分析研究Eclipse计划系统的自动勾画功能,自动勾画功能分为两部分:一部分是直接通过图像分割来完成,另一部分是通过图像配准来完成。图像的配准方法包括图像的刚性配准和图像的非刚性配准。图像的分割算法主要是洪水填充法和K-NN算法。图像刚性配准算法主要是双线性插值、互信息及归一化相关系数、梯度下降法、下山式单纯形法等。非刚性配准的主要算法是Demons算法。(2)选取30例头颈部、胸部、腹部和盆腔的患者,一种是让不同部位的三级医生手工勾画危及器官,另一种就是通过图像配准调用模板和图像分割来自动勾画危及器官。然后对自动勾画危及器官和手工勾画两种方法进行比较。用相似性系数(Dice Similarity Coefficient,DSC)和交叉指数(Overlap index,OI)来评价自动勾画的效果。(3)得出实验结果,结果显示左右视神经、视交叉、左右晶体、左右肾脏、肝脏、膀胱、左右股骨头、直肠和骨盆的自动勾画和手工勾画的重合度较差,需要进行人工修改和调整后才能用于临床。左右眼球、脑干、左右腮腺和心脏的自动勾画和手工勾画的重合度较好,只要稍作修改就能用于临床。只有肺和脊髓的自动勾画和手工勾画几乎完全一致,满足临床需求。