图像引导精准定位跟踪系统KylinRay-IGRT

针对放疗过程的摆位误差以及动态肿瘤靶区定位跟踪难题,图像引导精准定位跟踪系统KylinRay-IGRT基于双X射线成像和红外引导,实现了治疗前对病人的摆位,以及治疗过程中对肿瘤运动的跟踪与控制。系统主要包含X射线图像实时采集、多维多模式图像配准和快速实时的红外定位引导等功能。本研究开展基于双X射线成像系统的摆位误差纠正和基于红外信号的定位与呼吸跟踪实验,对系统进行了功能性和正确性测试。结果表明KylinRay-IGRT的定位精度可满足临床需求,为进一步开展自适应放疗关键技术和算法提供研究平台和技术基础。     

数字模拟机对适形调强放射治疗患者进行射野核对的应用

目的 应用数字模拟定位机核对适形调强放射治疗计划,验证需要治疗的区域是否与靶区吻合.方法 收集头颈部、胸部、腹部肿瘤患者各30例,分别进行射野核对.将治疗计划系统（TPS）重建的0°和90°的数字重建图像（DRR）传至数字模拟机,移床从定位时的参考点移动到治疗时的等中心点,分别采集0°和90°的X射线影像;调用数字模拟机2D/2D matching程序,调整感兴趣区域（ROI）,设定10 cm×10 cm的射野区域为ROI,将0°DRR图与0°X射线影像、90°DRR图与90°X射线影像分别进行自动或手动分析匹配,查看ROI内的两组图像的骨性结构是否吻合,最后得出两组图像匹配后的误差.结果 分析头颈部、胸部、腹部各30例肿瘤患者进行射野核对后的误差以及校正后的误差,头颈部肿瘤在X、Y、Z方向误差均≤3 mm,胸腹部肿瘤在X、Y、Z方向误差均≤5 mm.结论 数字模拟机能够通过DRR图与X射线影像分析匹配的方式对适形调强放射治疗的计划进行核对,验证治疗区域,从而保证治疗的准确性,满足了临床需要.     

一种用于全身照射技术的全身模拟定位CT扫描与图像重建方法

目的：探索一种适用于全身照射（TBI）的CT重建方法,可同体位连续扫描后获得一套完整的全身模拟定位CT。方法：使用TBI CT重建方法对患者进行CT模拟定位,完成后于Eclipse v15.5计划系统中生成一套全身模拟定位CT,将其运用到TBI计划设计与评估。在应用过程中,基于Python系统开发出相应的图像重建软件,与手动图像重建结果进行对比。结果：该全身模拟定位扫描方案可在Eclipse v15.5中实现两套CT的重建。在工作效率上,手工重建方法生成全身模拟定位CT平均需要10 min,软件重建方法只需要5 s。两种CT重建方法在图像质量上无差异,重建CT与真实值相比误差小于1 mm。使用重建的全身模拟定位进行TBI计划设计与评估,靶区适形度指数（CI）=0.854,剂量均匀性指数（HI）=0.199。结论：本文介绍的TBI全身模拟定位CT扫描与图像重建的方法可以简单、快速地获得完整的全身模拟定位CT图像,适用于后期的TBI计划设计、优化和评估过程。     

基于增强现实在髋关节术前定位中的动物实验研究

目的利用基于X线叠加技术的增强现实(AR)技术在比格犬上进行髋关节术前精确定位,并评估定位效果。方法取20只比格犬,采用基于X线的二维图形叠加技术的AR技术进行术前定位,通过术中C型臂验证与术中所见目标的实际位置对比,评估该方法的定位准确度、结果可重复性,计算总定位平均用时和C型臂投照次数,记录实验过程中不良事件。结果正位定位误差(1.05±0.81) mm,侧位定位误差(1.29±1.26) mm,但是正位的Lerror (反映了该实验结果的可重复性)为(64.89±99.90) %,侧位片的Lerror为(108.61±156.93)%,总定位平均时长(18.25±9.68) min,C型臂平均投照次数(6.35±2.33)次,定位准确度符合预期,实验过程中无不良事件发生。结论采用基于X线叠加技术的AR技术进行髋关节术前定位安全、精准。然而,该系统的定位准确性仍需更多的临床实践进一步明确。     

基于霍尔传感器阵列的体外磁跟踪定位系统

目的为实现体内微型诊疗装置的无创定位,本文提出一种新的定位方法,并开发了一套基于此方法的实验系统.方法在分析永磁体空间磁场分布特殊规律的基础上,采用基于霍尔原理的磁场检测方法设计一种基于霍尔传感器阵列的体外磁跟踪定位系统.通过设计系统优化实验、系统性能实验以及模拟肠道平面实验验证系统的可行性、准确性及定位的精确性.结果该方法定位精度在 mm级,满足实际应用需求.结论此系统能精确确定永磁体所在空间位置,具有非接触测量、操作简单、精度高等特点,为有效监测人体肠道内的微型诊疗装置提供了基础.     

基于CAG三维重建与超声图像的数据融合研究

临床中,融合X射线造影图像和血管内超声图像可以辅助医生更好的对冠心病进行诊断.本研究在X射线造影系统中对导引丝和血管骨架分别三维重建的基础上,利用最佳垂平面法求得导引丝序列点的最佳切向量,首先对超声图像在导引丝上定位,然后根据造影图像与超声图像提供的导引丝和血管骨架的空间关系求得超声图像的偏心角,最后利用四元数法对超声图像在导引丝上进行准确的定向.通过临床数据进行实验表明了该方法的可行性.相对于传统的融合方法,该方法不仅实现了超声图像空间角度的确定,而且具有实现简单、计算速度快等特点.     

基于MRI快速建立前交叉韧带三维数字化模型初步报道

目的　研究利用MRI二维图像快速建立前交叉韧带(ACL)三维数字化模型的方法,并评估模型的真实可靠程度。 方法　 选择 20 例临床诊断为ACL断裂患者的术前健侧MRI图像资料,导入自主开发的ACL快速分割技术软件（3D MIA ）进行图像分割,再以面绘制方式进行三维重建,建立膝关节及ACL三维数字化模型,测量模型的ACL长度、宽度、厚度及与人体三个解剖平面的角度,所得数据与前期解剖研究结果进行统计学的分析对比,评估模型的可靠程度。 结果 造模包括膝关节各骨性结构及前后交叉韧带,平均造模时间18 min,测量得到ACL长(39.80±1.86)mm、宽(5.80±1.83)mm、厚(9.96±1.26)mm;ACL与冠状面夹角(27.58±3.64)°、与矢状面夹角(39.82±4.01)°、与水平面夹角(22.27±4.23)°。与前期研究获得的相应数据对比,经独立样本t 检验,差异均无显著性意义(P>0.05)。 结论 利用自主开发的ACL分割技术及三维重建软件可以快速且较准确地建立健侧 ACL三维数字化模型,为计算机辅助ACL手术系统及实现ACL临床仿真个体化解剖重建提供了参考基础。     

基于红外定位系统三维超声的研究

目的通过引入全数字的实时红外定位系统,同时采集二维B超图像,重建三维超声系统,来实时跟踪由于呼吸运动和组织变形导致的靶区的运动。方法实验主要通过在二维B超探头上安装3个红外定位小球(非等边),实时跟踪探头的位置,将二维超声图像映射到三维空间,然后通过三棱锥模型多次采集图像测量其几何位置关系,结合B超图像的性质,建立三维超声膜体数据,实验以立方体模型作为实验膜体,同时以水槽作为实验环境。结果实验证明二维超声及红外定位系统可以快速重建三维超声,重建膜体的三条棱锥形状及方向与实际的膜体相符合,重建精度准确,快速便捷。结论实验提出的三维超声重建技术,采集二维超声图像同时结合实时跟踪的红外定位设备,可以快速方便地实现定标及三维超声的建立,并且具有较高的重建准确性。     

口腔锥形束CT同步曝光控制的设计及其验证

在口腔锥形束CT的设计中,X射线源的控制、平板探测器的实时采集以及机械结构的运动这三者的协同工作直接影响成像质量。本文在充分分析平板探测器时序信号特征基础上,研究利用微处理机控制器(MCU)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和光耦等元件设计并实现同步曝光控制系统。利用该系统获取投影图像,分析其稳定性、线性一致性、信噪比(SNR)并进行FDK算法重建,以验证同步曝光控制系统的设计性能。实验结果表明该系统性能良好,可满足三者间的协同工作。     

用于放射治疗计划的CT模拟技术研究

放射治疗越来越多地使用CT作为诊断设备，治疗计划系统也逐渐使用CT模拟作为治疗前的模拟定位和验证手段。本文介绍了用于放射治疗计划系统的CT模拟技术，并将其和传统模拟方法进行了比较，拽出CT模拟具有简便、无胶片化等优点，完全可代替模拟定位机。文章还介绍了CT膜拟的具体内容和实现步骤，以及关键技术和定位方法。文章还针对CT模拟的核心问题——数字影像重建技术（DRR）进行了讨论，提出了一种使用光线跟踪来构造DRR的工程实现方法，该方法可以重建高质量的DRR图像。在结论中，作者也指出了CT模拟技术中需要解决和完善的一些问题，如分辩率和重建效率等。