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基于标定和计算的电子射野影像系统剂量重建

中国医学物理学杂志 2024年第1期41卷 54-59页

作者：眭建锋孙佳伟谢凯高留刚林涛倪昕晔南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科江苏常州213161 南京医科大学医学物理研究中心江苏常州213161 江苏省医学物理工程研究中心江苏常州213161

提出了一种基于标定和计算的电子射野影像系统(EPID)剂量重建算法。首先,对连续采集模式的EPID原始数据进行暗场校正和增益校正,然后通过亮场灰度特征确定射野边界。其次,对EPID数据进行MU标定、离轴标定和射野大小标定,并根据标定后的... 详细信息

提出了一种基于标定和计算的电子射野影像系统(EPID)剂量重建算法。首先,对连续采集模式的EPID原始数据进行暗场校正和增益校正,然后通过亮场灰度特征确定射野边界。其次,对EPID数据进行MU标定、离轴标定和射野大小标定,并根据标定后的叠加通量和加速器机头蒙特卡罗模型进行剂量重建。最后,选取9例IMRT计划,分别使用EPID和MapCheck对计划进行验证测量,并在不同γ标准下比较两种验证工具的通过率。针对选取的1例计划病例,两种标准下使用MapCheck对多个病例验证的通过率分别为99.02%±1.28%、90.84%±4.49%;使用EPID重建模型的平均通过率分别为98.86%±1.19%、91.39%±4.80%。本文提出的标定和剂量计算相结合的EPID重建算法,与主流剂量验证软件MapCheck相比,对IMRT计划的验证通过率没有统计学差异(P>0.05),符合剂量验证的临床要求。

关键词：剂量标定剂量计算电子射野影像系统重建验证

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功能磁共振信号同步器的研究

功能磁共振信号同步器的研究

作者：眭建锋安徽医科大学

学位级别：硕士

背景功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,f MRI)是影像成像技术的重要组成部分,随着生物化学、分子遗传学、影像学、精神药理学等生物技术的快速成长,研究脑神经科学已延伸到分子、细胞、回路、递质等不同层次,多层... 详细信息

背景功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,f MRI)是影像成像技术的重要组成部分,随着生物化学、分子遗传学、影像学、精神药理学等生物技术的快速成长,研究脑神经科学已延伸到分子、细胞、回路、递质等不同层次,多层次、多学科的渗透交叉研究使人们意识到要理解精神方面的疾病需要生物学方面的基础。目前,虽然还没有形成确切的结论,但人们在慢慢靠近精神方面疾病的生物生理学本质,这样人们对神经方面疾病的认识也会更加深刻。f MRI是目前为止最为常见的一种无创伤的脑功能成像检测方法,它结合了人体神经活动的检测与高分辨率(包括空间分辨率和时间分辨率)磁共振成像,给临床MR诊断提供了一种从单一形态学到形态和功能相结合的新方式,应用领域也变得相对广泛,多用于对心理学、神经病学和精神病学等多学科的临床应用研究。有关f MRI的理论成果,也在慢慢地应用在病程监测、疾病诊断、疗效评价等各个方面,给临床的治疗和研究提供很多帮助。功能磁共振在工作时,对于视觉刺激,总希望射频激发信号的间隔时间能大于视觉刺激呈现周期。但是实际在f MRI采集信号时,射频激发信号间隔时间往往要短于视觉刺激呈现时间,这样会导致无法采集到f MRI的同步信号。本研究希望通过设计同步器,以解决上述无法采集同步信号的问题。目的设计两种处理功能磁共振成像(f MRI)射频激发信号的同步器,一种是基于CPLD的同步器,另一种是基于单片机的同步器。本文对这两种同步器解决同步问题的性能进行了验证,并对两种同步器优缺点进行了比较。方法f MRI在采集图像数据时,首先设定一幅完整脑图的采集层数,也称同步参数(Synchronous parameter,SP)。f MRI有两种同步信号输出的方式:其一,采集一幅完整脑图时,每采集一层图像输出一个同步方波信号;其二,采集完一幅脑图输出一个同步信号。采集一幅脑图时,两种同步器都对第一种同步信号的上升沿进行计数,计数期间输出维持高电平,直到最后一个同步信号到来,才把输出拉低为低电平,并延时一段时间。从而实现第一种同步信号到第二种同步信号的转换。只不过第一种基于CPLD的同步器是用quartus9.1对信号转换进行仿真以验证其功能;而第二种基于单片机的同步器是用单片机外部中断方法对同步信号进行处理。结果同步射频刺激信号经过第一种基于CPLD处理器的同步器后,第一种同步信号(周期过小)被处理成的第二种同步信号(周期较大),此外基于本文做出的两种同步器都能成功应用于GE Signa 3.0T;第二种基于单片机的同步器也成功地将第一种同步方波信号处理成第二种同步信号,并且可以用matlab编程串口程序自动化设定SP,通过串口传输至单片机,结果表明基于单片机的同步器可自动化设置SP。结论设计的两种同步器都能使周期过小的同步信号的同步问题得以解决,使得小周期f MRI设备兼容性得到提升。此外第二种基于单片机的同步器SP的自动化设置,可减少医护人员的工作量。

关键词：功能磁共振同步兼容串口

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基于B/S的空间对比敏感度测量研究

中国生物医学工程学报 2015年第1期34卷 124-128页

作者：周小强梁振眭建锋何珊安徽医科大学生命科学学院生物医学工程系合肥230032

空间对比敏感度是一种比视锐度更全面的视觉功能评价指标,但由于其测量技术相对复杂至今无法广泛普及。目前,实现空间对比敏感度测量的技术方案有:Psychtoolbox+Matlab、Vision Egg+Python、C/C++等。但是这些技术方案或多或少的面临着... 详细信息

空间对比敏感度是一种比视锐度更全面的视觉功能评价指标,但由于其测量技术相对复杂至今无法广泛普及。目前,实现空间对比敏感度测量的技术方案有:Psychtoolbox+Matlab、Vision Egg+Python、C/C++等。但是这些技术方案或多或少的面临着软件授权、使用复杂、跨平台等问题。为解决这些问题,提出一种基于B/S架构的空间对比敏感度实现方法。前端使用HTML5+Java Script+CSS组合实现空间对比敏感度测量程序,服务器端采用轻型建站方案(如:Windows+IIS6+花生壳软件)。用户通过浏览器访问测量页面即可完成空间对比敏感度的测量。本研究采用的测量方法为正弦光栅随机出现在注视点左右两侧,空间频率选择0.5、1、2、4、8、16 cpd,每个空间频率的对比度调整120次,对比度以二进一的方式进行调整。三名被试参与了该实验,实验结果与其他研究组的结果一致。最后表明,提出的基于B/S架构的空间对比敏感度测量方案完全可行。该方法解决了软件授权费用、使用复杂、跨平台等问题,实现了客户端零维护、访问即测量的优点。本研究提出的技术方案将会给空间对比敏感度的普及带来很大推进作用。

关键词：视觉功能空间对比敏感度 HTML5

金属植入物16-bit CT成像对放疗剂量分布的影响

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中华放射肿瘤学杂志 2016年第11期25卷 1248-1254页

作者：高留刚倪昕晔林涛眭建锋南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科常州213003

目的：探索利用CT成像中扩展位深功能重建*** CT对金属植入物进行成像，通过比较扫描条件变化对金属CT值影响，分析金属CT值对计算剂量分布影响。方法将不锈钢棒和钛棒插入模体中，采用管电压为120 kV管电流为230 mA条件扫描，得到金属... 详细信息

目的：探索利用CT成像中扩展位深功能重建*** CT对金属植入物进行成像，通过比较扫描条件变化对金属CT值影响，分析金属CT值对计算剂量分布影响。方法将不锈钢棒和钛棒插入模体中，采用管电压为120 kV管电流为230 mA条件扫描，得到金属棒***图像及***图像CT值分布。分别在管电流230 mA，管电压分别为100、120、140 kV和管电压120 kV，管电流分别为180、230、280 mA下得到金属棒*** 图像CT值分布，并在瓦里安TPS中分别设计为单野和对穿野治疗计划和计算剂量分布。结果不锈钢棒和钛棒***图像CT值均为3071 HU；***图像CT值不锈钢棒比钛棒大。3种管电流下2种金属棒***图像CT值均无明显变化，放疗计划剂量分布也接近。3种管电压下不锈钢棒最大CT值分别为13568、13127、12295 HU；钛棒的分别为8420、7140、6310 HU。结论***图像不能区分不同高密度金属植入物，***图像可得出不同金属CT值分布。金属植入物基于***图像计算的剂量分布与***图像的不同。管电压改变会造成金属植入物CT值明显变化，从而造成放疗剂量分布改变；管电流在一定程度内变化时，金属CT值变化较小，剂量分布差异不明显。

关键词：金属植入物体层摄影术 X线计算机扫描条件放疗剂量

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基于单片机的功能磁共振同步器的设计

安徽医科大学学报 2015年第7期50卷 896-900页

作者：眭建锋梁振何珊周小强汪顺平安徽医科大学生命科学学院

目的设计一种处理功能磁共振成像(f MRI)同步输出信号的同步器,对其解决同步问题的性能进行鉴定。方法f MRI在采集图像数据时,有两种同步信号输出方式:其一,采集一幅完整脑图时,每采集一层图像输出一个同步方波信号;其二,采集完一幅脑... 详细信息

目的设计一种处理功能磁共振成像(f MRI)同步输出信号的同步器,对其解决同步问题的性能进行鉴定。方法f MRI在采集图像数据时,有两种同步信号输出方式:其一,采集一幅完整脑图时,每采集一层图像输出一个同步方波信号;其二,采集完一幅脑图输出一个同步信号。首先设定一幅完整脑图的采集层数,也称同步参数(SP);然后采集第一种同步方波信号,用单片机外部中断方法对第一种同步方波信号的上升沿计数,并保持初始输出为高电平;直到最后一层脑图时,将输出信号置为低电平并延时一段时间。结果同步器成功将第一种同步方波信号处理成第二种同步信号;matlab编程串口程序自动化设定SP,通过串口传输至单片机;结果表明该同步器可自动化设置SP。结论设计的同步器能使某类功能磁共振输出同步信号的同步问题得以解决,设备兼容性得到提升,其自动化设置SP,可减少医护人员的工作量。

关键词：功能磁共振同步单片机串口

基于12和16 bit CT图像的金属伪影校正对放疗剂量分布的影响

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中华放射医学与防护杂志 2017年第12期37卷 938-945页

作者：高留刚孙鸿飞谢凯林涛眭建锋倪昕晔南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科常州213003

目的利用金属伪影去除技术去除基于12 bit和16 bit CT图像中金属植入物伪影，分析其对图像CT值分布和放疗剂量分布的影响。方法将金属棒插入模体中，CT扫描得到12和16 bit原始CT图像，运用归一化伪影去除法（NMAR）分别对所得到的原... 详细信息

目的利用金属伪影去除技术去除基于12 bit和16 bit CT图像中金属植入物伪影，分析其对图像CT值分布和放疗剂量分布的影响。方法将金属棒插入模体中，CT扫描得到12和16 bit原始CT图像，运用归一化伪影去除法（NMAR）分别对所得到的原始CT图像进行去伪影处理，得到NMAR修正后图像。临床中选取人工股骨头患者CT图像，对其进行同样处理。比较分析各图像伪影去除前后CT值分布。在放疗计划系统中，基于各图像设计放射治疗计划，计算剂量分布，比较分析各图像的剂量分布差异。结果 12 bit图像中金属CT值为3 071 HU，远小于金属实际CT值11 080 HU；16 bit图像中金属CT值为11 098 HU，与实际值很接近。原始CT图像在金属周围含有大量伪影，CT值与参考图像CT值偏差很大；NMAR校正后图像伪影显著减少，CT值与参考图像较接近。NMAR修正后16 bit图像的剂量分布与参考图像最接近，中心轴上最大剂量偏差为1.8%；12 bit图像与参考图像在金属后方剂量差异很大，最大剂量偏差为81.6%。射线穿过原始图像伪影区域后导致剂量分布与参考图像有明显差异，引起最大剂量偏差达21.6%。结论含有金属植入物时，基于16 bit图像进行NMAR伪影校正可以得到准确的CT值分布，从而得到准确的剂量分布。

关键词：金属植入物放疗剂量 CT成像伪影

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对金属植入物模体不同剂量计算方法研究

中华放射肿瘤学杂志 2018年第7期27卷 680-684页

作者：林涛倪昕晔高留刚眭建锋谢凯常树全南京航空航天大学材料科学与技术学院 210016 南京医科大学附属常州第二人民医院

目的分析比较含有金属植入物的12-bit和16-bit CT图像应用不同算法下剂量的差异。方法将钛合金棒插入模体中,CT下进行扫描,重建图像得到12-bit和16-bit图像。通过网络传输到Monaco计划系统,设计一个0°的单野,分别用PB算法,CC算法和M... 详细信息

目的分析比较含有金属植入物的12-bit和16-bit CT图像应用不同算法下剂量的差异。方法将钛合金棒插入模体中,CT下进行扫描,重建图像得到12-bit和16-bit图像。通过网络传输到Monaco计划系统,设计一个0°的单野,分别用PB算法,CC算法和MC算法计算剂量分布;扩展CT-ED曲线,重新计算剂量。使用Matlab 8.3数据处理软件获取沿射野方向通过金属植入物中心点的深度剂量曲线,对比12-bit和16-bit图像不同算法的剂量分布曲线和距金属植入物入射面与出射面不同距离处的剂量差异。并使用指形电离室进行测量。结果 16-bit CT图像能准确读出金属植入物的CT值,扩展CT-ED曲线后,相对于MC算法,PB算法在金属植入物入射面的剂量降低了5.43%,而在出射面处剂量升高了25.56%,在出射面后方剂量比MC算法结果高。CC算法降低了金属植入物入射面的剂量达4.5%,出射面处的剂量降低了4.31%,在出射面后方降低的更多。MC算法的计算值与测量值最接近。结论对含有金属植入物的放疗患者,使用16-bit CT图像并扩展治疗计划系统的CT-ED曲线,并利用MC算法可以提高剂量计算的精确度。

关键词：蒙特卡罗放疗剂量金属植入物 CT值

放疗中基于双任务循环网络的单投影重建胸部CT方法研究

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中华放射肿瘤学杂志 2023年第9期32卷 829-835页

作者：孙佳伟张赛张恒谢凯高留刚林涛眭建锋倪昕晔南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科南京医科大学医学物理研究中心江苏省医学物理工程研究中心常州213003

目的基于cycleGAN建立双任务循环网络,实现基于单角度投影的三维CT合成模型用于胸部肿瘤的自适应放疗,并评估图像生成质量和剂量精度。方法收集南京医科大学附属常州第二人民医院收治的胸部肿瘤容积弧形调强放射治疗(VMAT)患者45例,并... 详细信息

目的基于cycleGAN建立双任务循环网络,实现基于单角度投影的三维CT合成模型用于胸部肿瘤的自适应放疗,并评估图像生成质量和剂量精度。方法收集南京医科大学附属常州第二人民医院收治的胸部肿瘤容积弧形调强放射治疗(VMAT)患者45例,并筛选公共数据集图像991例作为预训练数据集,使用ASTRA算法获取多角度投影图像。公共数据集划分为训练集800例、验证集160例和测试集31例,医院患者数据划分为训练集40例、测试集5例。分别输入合成CT模型和多角度投影预测模型,实现双任务的训练。最终测试仅使用合成CT模型获取预测CT图像进行图像生成质量[包括平均绝对误差(MAE)、峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)]以及剂量学评估。结果合成CT的图像质量评估指标显示,图像合成精度较高,MAE为0.05±0.01,PSNR为19.08±1.69,SSIM为0.75±0.04。基于合成CT计算的放疗剂量分布也与真实分布接近,3%/3 mm标准下γ通过率平均为93.1%。结论由cycleGAN修改的双任务循环网络,可以快速准确地从单角度投影预测三维CT,可以应用于胸部肿瘤自适应放疗的工作流程。图像生成质量和剂量学的评估均显示合成CT质量可以满足放疗的临床要求。

关键词：胸部肿瘤自适应放射疗法循环生成网络合成CT 多任务

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基于CT图像的跨模态转换研究进展

中华放射医学与防护杂志 2020年第11期40卷 882-887页

作者：毕卉姜一波张琦眭建锋陆正大倪昕晔南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科 213003 常州工学院电子信息工程学院电子科学与技术系 213032 常州大学微电子与控制工程学院自动化系 213164

医学图像在临床诊断和治疗上起着至关重要的作用。放射治疗过程中采用计算机体层成像(CT)进行靶区定位和勾画。为了从多个角度获取病变体信息,需利用医学图像多模态的优势。然而,获取多种模态的医学图像是比较耗费资源的,同时无法保证... 详细信息

医学图像在临床诊断和治疗上起着至关重要的作用。放射治疗过程中采用计算机体层成像(CT)进行靶区定位和勾画。为了从多个角度获取病变体信息,需利用医学图像多模态的优势。然而,获取多种模态的医学图像是比较耗费资源的,同时无法保证患者状态的一致性。医学图像跨模态转换,可以利用一种模态图像预测另一种模态图像。本文详细综述了基于CT图像的超声图像、磁共振(magnetic resonance,MR)图像、正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography,PET)跨模态模型研究,分类阐述了各模型的特点和存在的挑战,指出尚待开展的研究领域。

关键词：声抗跨模态转换生成对抗网络