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中国辐射卫生 2023年第1期32卷 35-39页

作者：刘倩倩姚升宇陈旭明侯灵通胡喆恺上海市第一人民医院上海201600

目的比较2种呼吸信号采集方式对运动靶区勾画的影响。方法正方体模体(内含球体)置于运动平台上,设置运动周期、频率和方向,模拟呼吸运动。分别利用RPM法和GE法进行呼吸信号采集,在最大密度投影(MIP)序列进行靶区勾画。比较正方体和球... 详细信息

目的比较2种呼吸信号采集方式对运动靶区勾画的影响。方法正方体模体(内含球体)置于运动平台上,设置运动周期、频率和方向,模拟呼吸运动。分别利用RPM法和GE法进行呼吸信号采集,在最大密度投影(MIP)序列进行靶区勾画。比较正方体和球体不同呼吸信号采集方式下各自重建体积与理论运动体积差异。结果同一种呼吸信号采集方式下,相同呼吸幅度、不同呼吸频率的重建体积变化较小。对于球体靶区,RPM法重建体积与理论运动体积偏差在-1.5%~5.7%(P 0.05)。结论对于小体积球体靶区,2种方法得到的MIP图像勾画得到的靶区体积均小于实际肿瘤运动体积;对于大体积正方体靶区,2种方法重建结果与理论结果相比差异均无统计学意义。对于小体积靶区而言,RPM法重建偏差更小且重建图像质量更高。

关键词： 4d ct ct模拟定位图像重建呼吸运动

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高阶乘幂法应用于基于马尔可夫随机场的肺部4d ct图像配准方法研究

高阶乘幂法应用于基于马尔可夫随机场的肺部4D CT图像配准方法研究

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作者：亓玉佩山东大学

学位级别：硕士

放疗是治疗肺癌的常用手段,为了减少放疗的剂量,由图像引导的放疗需要估计病人的呼吸运动模型,而肺部4d ct图像配准是运动建模的核心技术。本文研究了基于马尔可夫随机场的4d ct图像配准技术,提出了一种基于高阶乘幂法的肺部4d ct图像... 详细信息

放疗是治疗肺癌的常用手段,为了减少放疗的剂量,由图像引导的放疗需要估计病人的呼吸运动模型,而肺部4d ct图像配准是运动建模的核心技术。本文研究了基于马尔可夫随机场的4d ct图像配准技术,提出了一种基于高阶乘幂法的肺部4d ct图像配准算法,主要内容如下:本文首先介绍了基于马尔可夫随机场的图像配准模型,然后基于团分解模型分析了各个势函数对约束形变场所起到的作用,并针对2d与3d图像,将拓扑约束势函数转化为各向同性的形式,最后给出了图像配准算法的基本框架。其次,针对图割及消息传播类算法中存在的不能有效处理多元团约束的问题,提出了应用于图像配准的张量模型,并采用对称张量高阶乘幂法来求解相应的最优化问题,提出的算法适用于各向同性马尔可夫随机场中的图像配准问题。为了降低算法的空间复杂度,本文提出了一种张量稀疏表示方法,并说明了对于任意(复合)同质性马尔可夫随机场中的势函数,皆可利用此方法来构造张量。此外,还针对2d图像改进了用于弱拓扑保持的势函数,仿真结果表明同时施加平滑约束与弱拓扑约束能够有效约束形变场的拓扑结构。最后,针对肺部4d ct图像配准,给出了两种多尺度处理策略,并在dIR-Lab公开数据集上进行了仿真实验。主要研究了辅助函数对算法性能的影响,并且以目标配准误差(TRE)作为评价准则,将本文提出的算法与MLS、deeds和isoPTV算法做了对比,实验结果验证了算法的正确性和有效性。

关键词：图像配准 4d ct 马尔可夫随机场高阶乘幂法拓扑保持

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利用4d-ct技术精确肝癌内靶体积的剂量学研究

利用4D-CT技术精确肝癌内靶体积的剂量学研究

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第四届中国肿瘤学术大会暨第五届海峡两岸肿瘤学术会议

作者：习勉刘孟忠中山大学肿瘤防治中心放疗科中山大学肿瘤防治中心放疗科

目的:原发性肝癌是常见的恶性肿瘤之一。随着放疗设备、计算机技术的进展及对肝癌生物学特性认识的加深, 尤其是三维适形放射治疗（Three—dimensional conformal radiotherapy,3dCRT）技术应用于肝癌的治疗后,放射治疗在不能手术肝癌... 详细信息

目的:原发性肝癌是常见的恶性肿瘤之一。随着放疗设备、计算机技术的进展及对肝癌生物学特性认识的加深, 尤其是三维适形放射治疗（Three—dimensional conformal radiotherapy,3dCRT）技术应用于肝癌的治疗后,放射治疗在不能手术肝癌综合治疗中的作用日益受到重视。由于肝脏肿瘤受呼吸运动的影响显著,三维适形放射治疗难以精确的定位靶区。4d—ct（Four-dimansional cornputed tomography）技术是一种近年国际上兴起的先进放疗技术, 可配合呼吸门控技术进行ct图像采集,准确覆盖靶区ctV （clinical target volume）的运动范围,形成精确的个体化的肿瘤内靶体积（internal target volume,ITV）。本研究利用4d—ct技术精确肝癌内靶体积ITV,比较3d计划与4d 计划的靶区体积及剂量学差异,并评价4d—ct的优势。方法: 选择7例原发性肝癌患者,行4d—ct门控扫描,在ct20％（呼气中）图像利用三维治疗计划系统分别根据PTV-3d、 PTV-4d为每例患者设计两套放疗计划:3d计划与4d计划, 两者处方剂量、射野方式均相同。比较两套计划中靶区体积、靶区与危及器官的剂量学、正常组织并发症概率（normal tissue complication probability,NTCP）的差异。结果:PTV-3d、PTV-4d的体积分别为417．6±197．7cm3、 331．9±183．1cm3,相差85．68±30．82 cm3,后者体积减少20．5％（12．6％-34．4％）;两者靶区覆盖率与剂量分布均匀性无明显差异;4d计划中肝、肾、胃、小肠的受照剂量均较3d计划降低,以肝最为显著。肝V30、V40、V25％分别由38．77％、27．32％、45．36％降至33．59％、22．62％、39． 1％;正常肝平均剂量由24．13Gy下降为21．5Gy;肝NTCP 由21．57％下降为15．86％,Veff由25．47％降为21．97％;在不增加正常组织并发症的前提下,4d计划的处方剂量可由50．57±1．51Gy提高至54．86±2．79Gy,平均提升9．72 ％（4％-16％）。结论:3d计划存在遗漏靶区或过于扩大靶区的缺陷。4d—ct技术可在3dCRT的基础上精确肝癌靶区,进一步减少正常组织的受照剂量,并提升靶区剂量, 有望提高肿瘤控制概率及降低正常组织并发症如放射性肝损伤的发生率,但其临床意义有待下一步临床试验的证实。

关键词：肝癌放射治疗 4d ct 三维适形放射治疗

来源： cnki会议评论

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基于分步子空间映射的无标记膈肌运动预测算法

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自动化学报 2022年第5期48卷 1327-1342页

作者：余航李晨阳余绍德冯冬竹许录平西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126 中国传媒大学信息与通信工程学院北京100024

呼吸会引起体内器官和肿瘤的运动,这会显著影响放射治疗的过程和效果.人体内部膈肌和胸腹部外表面是当前两种与呼吸系统高度相关的结构,本文对其进行系统研究,提出了一种新的分步子空间映射(Two-step subspace mapping,TSSM)算法,通过... 详细信息

呼吸会引起体内器官和肿瘤的运动,这会显著影响放射治疗的过程和效果.人体内部膈肌和胸腹部外表面是当前两种与呼吸系统高度相关的结构,本文对其进行系统研究,提出了一种新的分步子空间映射(Two-step subspace mapping,TSSM)算法,通过对体外胸腹部表面的测量,来预测体内膈肌的运动.首先采用三维图像分割技术对4d ct图像进行分割,在不使用标记物的情况下,准确测量体内膈肌和体外胸腹部表面的位移.为了解决跨空间的预测问题,TSSM首先构造特征子空间,并将膈肌数据和胸腹外表面数据分别映射到各自的子空间中,以减少数据的相关性和冗余信息;然后通过线性岭回归优化过程,对两个子空间进行二次映射,从而有效地捕获跨空间数据之间的相关性.根据训练得到的相关模型,通过体外胸腹部外表面的运动情况,对体内膈肌的运动情况进行准确的预测.为了研究数据之间的非线性关系,进一步将TSSM推广到了基于核的TSSM(kTSSM)算法.实验表明,该方法可以根据腹腔外表面的运动情况,准确地对体内膈肌位移进行预测,优于经典的线性模型和ANN模型.给出了优化算法的解析解,其运算速度快,将有助于提高放射治疗中门控技术和跟踪技术的效率和精度.

关键词：呼吸运动胸腹部表面膈肌子空间映射回归模型 4d ct

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基于主成分分析减少4dct图像伪影算法研究

基于主成分分析减少4DCT图像伪影算法研究

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作者：邵光普山东师范大学

学位级别：硕士

由于计算机技术和医学影像技术的快速进步,对于癌症放射治疗的精确性要求也越来越高。四维计算机扫描技术（Four-dimensional Computed Tomography,4d ct）已经广泛的用于监视患者特定的呼吸运动,用来确定放射治过程中的个体安全裕度。... 详细信息

由于计算机技术和医学影像技术的快速进步,对于癌症放射治疗的精确性要求也越来越高。四维计算机扫描技术（Four-dimensional Computed Tomography,4d ct）已经广泛的用于监视患者特定的呼吸运动,用来确定放射治过程中的个体安全裕度。在4d ct图像的采集过程中患者的不规则呼吸运动,导致扫描到的图像会有模糊、缺失或者不规则形变等运动伪影的产生。医学图像配准是医学图像分析处理和计算解剖的十分重要环节,主要应用于疾病的诊断和治疗等方面。在患者的治疗计划制定过程中,普遍采用刚性配准的方法将在线获取的图像映射到扫描图像来矫正治疗计划。在四维医学图像处理过程中空间信息和时间信息对图像的结构具有重要意义,因为肿瘤的大小、形状和位置会发生改变,例如肺部的呼吸运动和对患者的放疗都会使得肿瘤的形态发生改变,所以需要考虑到时间信息在患者治疗过程中的作用特点。现在已有的配准技术多种多样,例如单模态、双模态、刚体、非刚体、基于参数和基于非参数等,但是这些技术有的忽略流体的非线性几何部分,直接使用线性的欧式空间进行计算;有的对空间信息和时间信息考虑不足。通过内部的4d ct数据库进行回顾性分析,对其中五十多位接受治疗的患者进行了分析,发现其中有近70%的图像中有伪影的产生,如何减少和消除运动伪影成为4d ct重建中的热门课题。本研究利用形变图像配准（deformable Image Registration,dIR）的方法来跟踪患者在放疗过程中解剖和生物学变化。dIR算法的主要目的是在两个不同时相的图像中寻找一种变换,这种变换可以减少两幅图像之间的差异,使得通过提供体素到体素变形矩阵来最小化变形图像和目标图像之间的差异,并且可以进一步应用于脏器和放疗区域轮廓的形变以及剂量分布的计算。目前dIR在放疗中的应用十分广泛,例如:四维的肺部模型可以用来追踪肺部随时间变化的运动和位移,该模型的建立基础是在患者连续呼吸采集到的一系列肺部的计算机断层扫描（Computed Tomography,ct）图像。经过与之相对的位移矢量场（displacement Vector Field,dVF）对这些ct图像进行配准,这样每一个肺部的像素点都会有一个特定的具有时间特征的数学函数。因为患者的呼吸、吞咽等不规则的运动,导致4d ct的图像会产生严重或者轻度的运动伪影。运动伪影对图像的质量会产生严重的影响,而图像质量的降低通常会对医生的诊断产生干扰,从而导致误诊或者漏诊,所以消除和减少运动伪影是医学图像处理中十分重要的环节。在本研究中,提出一种主成分分析结合线性多项式拟合模型对从dIR中得到的dVF进行处理的方法,用来减少或消除图像中的运动伪影。

关键词： 4d ct 运动伪影 dVF dIR 主成分分析

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四维ct轮廓勾画方式的探讨

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现代仪器与医疗 2015年第2期 1-3页

作者：张爱萍尹立杰戴建荣杨彦琴王杰范颖琳卿珍韩军大连现代高技术集团有限公司大连医科大学附属大连市中心医院中国医学科学院肿瘤医院浙江工业大学

目的 :通过对比两种方法勾画的内肿瘤区(IGTV)位置和体积差异,探讨一种满足临床准确度要求且高效的4d ct轮廓勾画方式。方法 :选取10例行胸部4d ct患者,每例都采用两种方式进行IGTV勾画。一种为所有时相逐层勾画后融合,定义为IGTV1;另... 详细信息

目的 :通过对比两种方法勾画的内肿瘤区(IGTV)位置和体积差异,探讨一种满足临床准确度要求且高效的4d ct轮廓勾画方式。方法 :选取10例行胸部4d ct患者,每例都采用两种方式进行IGTV勾画。一种为所有时相逐层勾画后融合,定义为IGTV1;另一种为单套勾画,其余时相作为背景播放,定义为IGTV2。为了保证测试充分性,由十位医生完成全部病例勾画。对比两种方法所得IGTV的几何中心位置、体积大小、重合度及勾画时间。结果 :两种方式产生的IGTV几何中心在x、y、z轴上平均差异都小于1mm。IGTV1、IGTV2体积分别为(23.13±20.05)cm3、(23.27±19.86)cm3,体积比为1.02±0.04,两者重合度为96.05%±1.73%。两种勾画方式所产生IGTV几何中心位置和体积均无统计学意义差別,几何形状也重合较好。但采用本文探讨组织轮廓勾画方式,可显著缩短医生组织轮廓勾画时间,平均勾画时间从25.52min降至7.9min。结论 :本文探讨IGTV勾画方式勾画准确度完全能满足临床应用要求,且勾画速度提高了3倍。

关键词： 4d ct IGTV 呼吸时相轮廓勾画

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肝癌四维ct放疗计划设计方式探讨

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现代仪器与医疗 2015年第3期21卷 4-6+9页

作者：卿珍邢立刚尹勇王慧玲方浩赵海张爱萍韩军大连现代高技术集团有限公司山东省肿瘤医院浙江工业大学

目的 :通过与标准流程制作的4d放疗计划剂量分布对比分析,探讨四维计划设计过程简化可行性。方法 :选取原发性肝癌患者10例,每例患者都采用两种方案进行4d放疗计划设计,分别定义为准4d计划和4d计划。两种方案基于相同的4d轮廓勾画方式... 详细信息

目的 :通过与标准流程制作的4d放疗计划剂量分布对比分析,探讨四维计划设计过程简化可行性。方法 :选取原发性肝癌患者10例,每例患者都采用两种方案进行4d放疗计划设计,分别定义为准4d计划和4d计划。两种方案基于相同的4d轮廓勾画方式、射野方向和处方剂量,准4d计划在参考时相上进行布野及射野优化,而4d计划在各个时相上各自进行优化,然后变形叠加到参考时相。最终对比分析两种方案的剂量差异。结果 :在肝癌危及器官保护和处方剂量提升方面,4d计划都略优于准4d计划,但无统计学意义差异。结论 :临床应用肝癌的四维放射治疗技术,可以对4d计划优化过程进行部分简化,提高该技术临床应用的可操作性。但对于个别呼吸幅度较大或靶区与危及器官结构相对复杂患者,需要后续研究中进一步探讨。

关键词： 4d ct 呼吸时相计划优化四维放射治疗原发性肝癌

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