形变配准技术分析呼吸运动对肝癌患者正常肝脏及其鞍区形态影响

目的结合四维CT(four-dimension computed tomography,4D-CT)技术,应用自由变形模型(free form deformation,FFD)形变配准算法分析呼吸运动对原发性肝癌患者肝脏及其靶区形态的影响。方法选取2010-08-01-2011-08-30山东省肿瘤医院8例接受放疗的原发性肝癌患者,获得患者4D-CT的模拟定位图像,将4D-CT图像依据呼吸周期均分为CT0、CT10、CT20、CT30、CT40、CT50、CT60、CT70、CT80和CT9010套CT图像。以呼气末时相图像CT50为参考图像,其他9幅图像采用基于B样条的自由变形模型FFD算法与其配准。然后用差分位图、Hausdroff距离及互信息技术分析呼吸运动对肝脏及其肿瘤形态的影响。结果从一个完整呼吸周期10个时相的CT图像及差分位图可以看出,呼吸运动对正常肝脏及肿瘤靶区形态造成的影响,其中吸气末和呼气末的变化最大。基于B样条的多分辨率网格自由变形模型FFD形变配准算法,可有效实现不同CT图像间的形变配准。其将肝脏和肿瘤靶区配准前CT0与CT50的Hausdroff距离由0.091 4减小到0.043 2,平均减小了54.1%;互信息从0.789 0提高到0.814 0;平均提高了3.17%。结论呼吸运动造成的肝脏及其肿瘤靶区的形变是显著的,基于B样条的多分辨率网格自由变形模型FFD形变配准算法可有效实现4D-CT图像间的形变配准。     

基于PET/CT形变配准技术对放疗前后靶区变化的评估

PET图像提供的新陈代谢信息可用于判断放疗后肿瘤的复发区域,对于制订精确的放疗计划具有重要的临床意义。研究采用多分辨率形变配准的方法提取放疗前后CT图像的形变域,并将其作用于放疗前PET图像,与放疗后的PET图像相比较,通过设定图像中SUV 的阈值,判断勾画轮廓之间的重叠率,以获得图像中的高摄取区域,回顾性指导精确放疗。研究针对22例肺癌病例,实验结果显示放疗后残留的高代谢区域和放疗前GTV重叠较好:当阈值设定为SUV_max的70%、80%和90%时,对应的重叠率分别为(95.2±0.6)%、(96.6±3.4)%和100%;当阈值设定为SUV2.5和SUV5.0时,对应的重叠率为(86.0±6.6)%和(97.0±3.0)%。对氟代脱氧葡萄糖(FDG)高摄取区域的高重叠率表明病变区域在放疗前后的位置相对稳定,放疗后的残余肿瘤基本上位于放疗前靶区对FDG的摄取区域。初步实验结果证明,研究可用于判断靶区区域对放疗的反应,回顾性指导在放疗计划中,针对放疗后残余的靶区加大照射剂量,保护危及器官和组织,精确放疗。     

基于四维CT图像的两种形变配准算法比较呼吸运动对肝脏及靶区形态的影响

目的 通过基于四维CT(4DCT)图像改进的demons算法和基于B样条的FFD算法比较研究,探讨呼吸运动对原发性肝癌肝脏及靶区形态的影响。 方法 对8例原发性肝癌患者行4DCT模拟定位,并将4DCT图像依据呼吸曲线均分为10个呼吸时相。采用改进的demons算法和基于B样条的FFD算法配准10个时相的图像。从归一化互信息、Hausdorff距离以及配准时间等方面比较两种方法差异。 结果改进的demons算法较基于B样条的FFD算法的归一化互信息平均提高了4.75%（P=0.002）,Hausdorff距离平均降低了15.2%（P=0.020）,配准时间上也具有显著优势（P=0.036）。 结论呼吸运动造成的正常肝脏及肿瘤靶区位置和形态变化是非常显著的,两种方法均可实现4DCT图像间的形变配准,改进的demons算法在配准精度和速度方面更具优势。     

基于CT影像组学鉴别非小细胞肺癌纵隔转移性淋巴结的模型研究

目的建立不同CT扫描时相图像鉴别非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)纵隔淋巴结的影像组学模型,并探讨不同模型的诊断效能。方法回顾性分析86例NSCLC患者的术前CT图像,所有患者均行平扫期、动脉期和静脉期CT扫描。选取231枚纵隔淋巴结为研究对象,将2015年1月—2017年6月入组的163枚淋巴结作为训练组,2017年7月—2018年6月入组的68枚淋巴结作为验证组。分别在三时相图像上勾画感兴趣区域(regions of interest,ROI),每个ROI提取841个影像特征,使用LASSO算法筛选特征,基于各时相CT影像组学特征和两不同时相CT影像组学特征的差值建立模型。比较不同模型的受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC)下面积(AUC值)、敏感性、特异性、准确度、阳性预测值和阴性预测值的差异。结果共建立6个模型,其AUC值均>0.800。平扫期CT模型具有最优的鉴别效能,其训练组的AUC值、特异性、准确度、阳性预测值分别为0.926、0.860、0.871、0.906,验证组的AUC值、特异性、准确度、阳性预测值分别为0.925、0.769、0.882、0.870,均高于其他模型。平扫和静脉期CT图像联合动脉期CT图像之后,训练组的敏感性、阴性预测值分别从0.879、0.821和0.919、0.789提高到0.949、0.878和0.979、0.900。结论CT各时相影像组学模型均可用于辅助临床诊断淋巴结。平扫CT影像组学模型的AUC值最高,而联合动脉期CT图像可提高模型的敏感度及阴性预测值。     

正交小波基函数实现图像引导放射系统中计划CT与锥形束CT图像的形变配准

计划CT图像与锥形束CT(CBCT)图像的配准是基于CBCT图像引导放射系统中实现自适应放疗的重要部分。为了提高系统中形变配准的精度和速度,提出一种基于正交小波变换的形变配准方法,此方法利用正交小波变换的多分辨率特性描述计划CT和CBCT图像的全局和局部形变,由Navier偏微分方程设计极小化能量函数来实现小波系数的能量估计。实验表明,所提出方法用于基于CBCT的图像引导放射系统时,可将日常放疗时的CBCT图像和计划CT图像进行准确且快速的配准,并且可用于放射计划系统中器官的自动分割,从而有效指导自适应治疗。     

基于多分辨率GMI Demons算法的18F-FDG PET-CT图像配准在食道癌病例中的应用

18F-FDG PET和CT图像的精确配准在肿瘤的放射治疗中具有重要的临床研究意义,本研究采用全局刚性粗配准对食道癌病例中的PET和CT图像进行预处理,尽可能地减小摆位误差,然后使用基于互信息梯度的Demons算法(GMI Demons)进行局部形变配准,有效弥补内部器官误差,另外为了加快配准过程,保持图像的鲁棒性的同时避免局部极值,在形变配准前使用多分辨率图像金字塔结构。通过对10例食道癌病例的定量分析,最大互信息值结果说明经GMI Demons算法配准之后的图像精度比基于MI算法要提高8.046%±0.041%,配准前后临床上肿瘤靶区(GTV)大小的变化,说明经GMI Demons算法配准之后的GTV大小比基于MI算法配准之后的精度提高8.022%±0.044%。两种定量结果的一致性和通过对图像的定性分析,说明该配准策略可以快速地精确肿瘤靶区位置,在制定精确的放疗计划和实际的临床应用中具有研究意义。     

头颈部肿瘤ART-IMRT四种方案剂量学评估

目的 研究头颈部肿瘤ART-IMRT分次放疗中采用不同频次再计划方案时,靶区与OAR解剖结构变化规律,以及对其剂量影响。方法 选取山东省肿瘤医院28例头颈部肿瘤患者入组研究,其中鼻咽癌19例、喉癌4例、上颌窦肿瘤5例,患者均接受常规分割治疗。每周第1天进行1次CBCT扫描作为参考图像,共采集6次。将CBCT与计划CT配准得到“伪CT”图像。实施4种再计划方案,无再计划作为参考,分别得到实际剂量与计划预测剂量,并评估两种剂量差异。多组间比较采用非参数Friedman检验,两组间比较采用配对t检验。结果 PTV、CTV、左右腮腺6周中每周体积差异均有统计学意义(P=0.041、0.046、0.024、0.017)。4种再计划方案中两腮腺的实际剂量与计划预测剂量比较P值均<0.05,且4种方案中两腮腺的两种剂量之间差异与参考方案相比分别下降5.02%、11.17%、12.08%、13.19%。结论 再计划可确保靶区足够剂量,使OAR受量控制在安全范围内;再计划频次越高,实际剂量越接近计划预测剂量,2次再计划方案效率最高。     

CT图像影像组学特征参数变化与放射性肺炎的相关性研究

目的 应用影像组学技术分析发生放射性肺炎(RP)的肺癌患者定位及复位CT图像特征参数变化,筛选与RP发生密切相关的指标。方法 选取放疗后经过随访发生2级及以上RP的肺癌患者31例,获取其放疗前的定位CT图像和经过40 Gy放疗后的复位CT图像,将患侧肺和健侧肺设置为提取参数的ROI,在完成正常肺组织自动分割后,使用IBEX软件进行radiomics特征参数的提取,比较这些特征参数在定位和复位CT图像中的差异。结果 (1)每个时段的单侧肺分别提取了86个有效参数指标;(2)放疗前患侧肺和健侧肺差异有统计学意义的参数指标有22个;(3)复位CT中健侧肺和患侧肺差异有统计学意义的参数有12个;(4)患侧肺放疗前后差异有统计学意义的参数有28个;(5)健侧肺放疗前后差异有统计学意义的参数有28个。结论 在发生RP的肺癌患者中,部分CT影像组学特征在定位和复位CT间差异显著,对这些指标动态变化的追踪分析具有预测RP发生的潜在优势。     

基于PET图像纹理分析食管癌18F-FDG摄取异质性

目的 提取食管癌原发灶PET图像纹理特征,并量化肿瘤¹⁸F-FDG摄取异质性,探讨食管癌¹⁸F-FDG摄取异质性与最大标准摄取值(SUV_max)及病理参数的关系。 方法 回顾性分析30例术前接受¹⁸F-FDG PET/CT全身扫描的食管癌患者。应用Matlab 7.6软件计算食管癌原发灶PET图像纹理参数(对比度、相关性、熵、能量),分析各纹理参数与SUV_max、肿瘤浸润深度、分化程度及淋巴结转移情况的相关性。 结果 食管癌原发灶纹理参数均与SUV_max相关,分别与对比度、熵呈正相关(r=0.537,P=0.002;r=0.434,P=0.017),与相关性、能量呈负相关(r=-0.471,P=0.009; r=-0.450,P=0.012);在不同浸润深度和淋巴结转移情况下,纹理参数熵和能量的组间差异有统计学意义(P均<0.05),并分别与熵呈正相关(r_s=0.574,P=0.001;r_s=0.366,P=0.047),与能量呈负相关(r_s=-0.428,P=0.018;r_s=-0.436,P=0.016)。各代谢参数与食管癌分化程度无相关性。 结论 纹理参数可量化¹⁸F-FDG摄取异质性,提供能反映肿瘤生物学特征的丰富影像学信息。     

多b值对肝硬化DWI纹理特征提取的影响

目的 探讨不同b值对肝硬化DWI纹理特征的影响。方法 回顾性分析39例肝硬化患者的DWI表现,同时选取27名DWI图像肝脏正常者作为对照组,b值分别为0、20、50、100、200、400、800、1 000、1 200、1 500 s/mm²。于DWI图像不同层面选取3个ROI,提取37个纹理特征。采用百分比变异系数（% COV）> 15%筛选不稳定纹理特征,以指数拟合方法分析不稳定纹理特征与b值的拟合程度。结果 37个纹理特征中,20个（20/37,54.05%）纹理特征不稳定;随b值增大,其中10个纹理特征呈指数上升趋势,4个纹理特征呈指数下降趋势,其余6个纹理特征无法定义其与b值的相对变化趋势。结论 DWI的b值影响肝硬化背景下的纹理特征;部分纹理特征与b值存在相关性。