影像引导放疗中常用CT设备影像质量的比较分析

目的:分析影像引导放疗中常用的模拟定位螺旋CT(MSCT)、加速器机载锥形束CT(CBCT)和螺旋断层治疗机MV螺旋CT(MVCT)的影像质量。方法:CatPhan600模体测量三种成像设备的CT值均匀性和线性、空间分辨率、低对比度分辨率、3D影像的几何准确性和金属伪影大小。结果:MSCT、CBCT和MVCT的CT值与物质密度均呈线性关系;均匀模体中的CT均匀性分别为1.07%,1.40%,39.81%;空间分辨率分别为8 lp/cm,7 lp/cm,4 lp/cm;MSCT可显示低对比度为1%的3 mm圆孔,CBCT只能略微分辨圆孔,而MVCT则无法显示圆孔,几何准确性均良好;MVCT的金属伪影较小。结论:CBCT和MVCT的成像质量均不如MSCT,但能满足患者治疗体位验证和监测的需要。     

锥形束CT图象引导放疗的应用性测试

目的:探索一种针对锥形束CT图象引导放疗的应用性测试新方法,测试锥形束CT图象引导的准确性。方法:设计一个应用性测度专用模体:用10 cm厚马克力聚苯乙烯板围成一个长方体,模体内在上下、左右和前后三个方向上分别建立三根小梁,每根小梁都贯穿模体,与模体中相对的两个面相连。模体的每个面的中心设有"十"字标识。把模体平放在PHILIPS大孔径CT检查床面上,用CT机房内的激光灯分别对准模体左、右和上面中心,扫描获取用于设计放疗计划的CT图象。该图象经VARIS网络传到Eclipse放疗计划系统,用Eclipse设计计划,射野中心位于模体中心。把模体平放到VARIAN加速器治疗床面上,用加速器机房内的激光灯分别对准模体左、右和上面中心。VARIAN加速器配有OBI(On-Board Imager)系统,用锥形束CT扫描,获得模体的摆位图象,并与计划图象配准。结果:设计放疗计划的参考图象与摆位图象具有相同的特征,在模体的横截面、矢状面和寇状面上都有三个小梁的横截面,截面的边界清晰,图像配准显示在侧向和竖直方向的位置误差均为0.0 cm,在纵向位置误差0.1 cm,旋转误差0.0°。结论:利用本文设计的应用性测试专模体完成应用性测试是一种简便且可靠的方法。     

精确锥形束CT和扇形束CT三维变形配准

自适应放疗可根据患者解剖和/或生理的变化对放疗计划进行修正。与加速器集成的锥形束CT成像装置是最普遍的在线影像获取设备。但是,由于锥形束CT固有的电子散射,重建影像的电子密度不准确,使得通常采用的基于密度的配准算法配准计划扇形束CT和在线获取的锥形束CT影像时,会产生较大的配准误差。我们通过建模图像变形配准问题为一个求解梯度距离能量泛函的极值问题,然后通过变分法和Gauss-Seidel方法获得一种新型的基于梯度信息的变形配准算法的迭代公式。该方法在迭代过程中同时考虑梯度信息的吻合和变形场的连续性,产生准确光滑的变形场。此算法迭代公式的局部特性,使其便于并行实施。通过OpenCL编程将此算法在图形处理器(GPU)上并行实施,大大缩短了配准时间。利用配准结果结合flood filling和cubic matching算法,可以快速地完成在线器官映射。算法临床数据配准结果表明,本文提出的基于梯度场的配准算法与基于密度的算法相比可以更准确地配准临床锥形束CT和扇形束CT影像。由于配准可以在很短的时间内完成,配准结果可用于在线器官映射和在线重新计划优化。     

锥形束CT图像与计划CT图像配准方法分析

目的:通过我院开展图像引导放射治疗(IGRT)技术以来,治疗的头颈部、胸部及腹部等不同位的肿瘤的配准结果比较分析影响图像配准的各种因素及图像配准时应注意的问题,并对患者体模的制作及技术员的摆位提出改进意见。方法:病人采用平卧位,塞块式体板或颈肩板加热塑膜固定,行KVCBCT扫描,在VARIAN4DITC工作站上采用自动和手动图像配准,对于同一病例由不同人员来进行配准。结果:头颈部图像配准结果好于胸腹部配准结果,不同人员配准结果不同。结论:头颈部配准中采用自动配准一般就可达到要求,胸腹部配准采用自动和手动两种配准方法;采用人工配准方法时人员是影响配准结果的重要因素之一,图像配准最好由临床医生来确定;患者位置重复性是决定配准结果的另一重要因素,要求定位、摆位时保证患者体位姿势尽量保持一致;图像配准中最好以骨性标识或变化不大的器官作为配准点。     

锥形束CT的验收与QA探讨

目的:探讨锥形束CT的验收与质量保证;方法 :CBCT的验收主要包括系统与机械的安全验收。利用承球模体验收CBCT的中心与加速器的治疗中心的一致性。使用Catphan模体验收CBCT的图像质量,包括刻度的精度,灰度值均匀性,最低可见对比度,最高空间分辨率等。结果:CBCT的系统与机械相关联锁工作正常。CBCT中心与加速器中心的偏差在左右,前后与垂直方向分别为0.25 mm、0.16 mm,和0.19 mm。灰度值均匀度为1.35%。刻度精确度在垂直,水平与长轴方向上的误差分别为0.2 mm,0.5 mm和0.4 mm。最高空间分辨为11 lp/cm,最低可见对比度为1.07%。结论:CBCT的验收与质量保证对其在图像引导的放射治疗中的正确使用,发挥其最大的临床优势至关重要。本文所探讨的对KV级CBCT的验收与质量保证方法步骤,将为CBCT在临床的安全应用提供指导。     

肺癌影像引导放疗人工图像配准方法分析

目的 分析千伏锥形柬CT(KVCBCT)引导肺癌放疗人工图像配准法的重复性.方法 选择16例在我院行根治性放疗的非小细胞肺癌患者,每周行KVCBCT在线引导体位校正一次,获取患者KVCBCT影像.图像配准选择肺尖和椎体作为参考标记,在矢状位、冠状位和横断位等中心层面上配准患者KVCBCT影像和计划设计CT影像.比较同一名医生相隔一周两次配准,不同医生之间配准和医生与技术员之间配准结果的差异,用于评价KVCBCT引导肺癌放疗人工图像配准法的重复性.结果 同一位医生相隔一周两次配准同一幅KVCBCT影像与计划设计CT影像,配准结果在患者左右(LR)、头脚(SI)和前后(AP)三个方向上,差值大于3mm所占的比例分别为:O,13%和 6%.不同医生之间的配准结果在LR、SI和AP三个方向上,差值大于3mm所占的比例分别为:11%,19%和14%.医生与技术员的配准结果在LR、SI和AP三个方向上差但大于3mm所占的比例,分别为:16%,27%和27%.结论 KVCBCT引导肺癌放疗人工图像配准法的重复性有待进一步提高,尤其表现为不同医生,医生与技术员之间应用该方法的重复性较差.KVCBCT引导肺癌放疗的图像配准方法需要进一步研究.     

kV级锥形束CT在图像引导放疗中的应用

目的：评价kV级锥形束CT（CBCT）在图像引导放射治疗（IGRT）中的临床价值。方法：92例行IGRT的患者分为头颈组、胸腹组和盆腔组,通过868次图像配准统计配准结果,判断中心移位误差,同时观察配准满意患者计划PTV轮廓包绕实体靶区的程度,并进行统计学分析。结果：头颈组、胸腹组和盆腔组在X（左右）的移位分别为1.7mm±1.1 mm、1.7mm±1.4 mm和1.3mm±0.9 mm,在Y（头脚）方向上分别为1.9 mm±1.2mm、2.5 mm±1.9 mm和2.4 mm±1.5mm,在Z（腹背）方向上分别为1.6 mm±1.0 mm。1.6mm±1.1 mm1.3 mm±0.9mm,且个体差异较大,配准满意后计划PTV轮廓包绕实体靶区,包绕满意率达95.2%（826/868）,包绕一般满意率达98.8%（858/868）,包绕尚可率达100%（868/868）,未出现包绕危险现象。结论：kV级CBCT是开展IGRT的理想设备,可以提高照射精度,建议临床在PTV Margin外放时作相应减少。     

锥形束CT与螺旋CT图像配准算法及其在放疗中的应用

目的：随着肿瘤放射治疗的发展,提高肿瘤放射治疗的精确度成为了重要的发展趋势。通过硬件与软件的共同发展,实现在线纠正治疗误差在医学图像帮助下完成放疗是现今临床研究的热点。图像引导放射治疗就是在这样理念的基础上发展出来的新型放疗模式。本文研究的目的就是阐述在现今临床普遍采用的锥形束CT与螺旋CT的图像配准在肿瘤放射治疗中的实际应用与重要性。通过研究总结出一套系统化的肿瘤放射治疗图像配准理论,发现最新研究热点、阐述最新研究不足,为今后进一步的发展图像引导放射治疗打下基础。方法：本文通过阐述基本医学图像配准理论,结合具体图像配准算法,应用于图像引导放射治疗,总结出一套系统化用于锥形束CT与螺旋CT图像配准的模式,从而获得更加快速准确的配准结果,改善图像引导放射治疗的效率。本文查阅了近几年计算机软件图像处理的大量文献,同时结合查阅大量图像引导放射治疗的文献,总结前人经验结合理论实践,综合阐述了一套应用于图像引导放射治疗的图像配准系统。结果：锥形束CT与螺旋CT的图像配准,在临床应用上多使用刚性图像配准,其有速度快便于计算的优势。但涉及到患者整体体位配准情况下,弹性图像配准在配准准确度上具有明显优势,需结合临床实际需求以及计算机运算能力的发展想结合选择合适的配准算法。结论：随着肿瘤放射治疗中图像引导技术的应用,螺旋CT定位图像与锥形束CT治疗图像的配准是图像引导放射治疗的关键技术,如何准确而且快速的获取配准结果成了精确放射治疗关注的焦点。螺旋CT定位图像与锥形束CT治疗图像的精确配准是精确放射治疗的前提,并在提高肿瘤剂量的同时,最大限度的保护正常组织,从而提高肿瘤放射治疗的疗效。本文主要综述了应用于精确放射治     

锥形束CT引导乳腺癌精确放疗的研究进展

机载锥形束CT（CBCT）作为重要的图像引导装置,广泛应用于乳腺癌放射治疗摆位误差的测量。众多文献研究显示通过CBCT扫描,乳腺癌放射治疗靶区各个方向上的摆位误差控制在5 mm以内。对比电子射野影像仪,CBCT扫描有着巨大的临床优势,特别是对于大乳房患者,但是CBCT的使用所带来的额外辐射剂量可能会增加第二原发肿瘤的发生,需要更多的临床研究来评估CBCT扫描在乳腺癌放射治疗中的作用。     

使用锥形束CT观察自由呼吸状态下非小细胞肺部肿瘤运动的研究

使用锥形束(CT)观察自由呼吸状态下非小细胞肺癌(NSCLC)的肿瘤运动,个体化确定由GTV到PTV外放安全边界。应用安装在直线加速器上的CBCT对患者实施治疗前的扫描,根据CBCT图像,测量其运动范围,确定个体化的GTV至PTV的外放边界。结果表明:通过使用CBCT,考虑肿瘤运动幅度,在Z轴上差异有统计学意义(P=0.020),而在X、Y轴上差异没有统计学意义(P>0.05)。说明利用CBCT图像,可以确定GTV外放边界,减少正常肺组织受照剂量,从而降低正常肺组织和脊髓的放射性损伤发生率。     

锥形束CT图像引导乳腺癌放疗中不同配准方法研究

目的：比较锥形束CT(CBCT)图像引导乳腺癌放疗中采用不同配准方法[3D配准（平移）和6D配准（平移+旋转）对配准精度的影响,为选择合理的图像引导方法提供临床依据。方法：回顾性分析18例乳腺癌患者共101次治疗前摆位CBCT图像,将CBCT图像与计划CT图像分别采用3D灰度配准和6D灰度配准方法进行配准,比较和分析两种配准方法的3D平移方向的配准偏差差异并计算其平移差别,进一步统计分析旋转角度偏差与平移差别的相关性并做线性模拟。结果：3D和6D两种配准方法得到不同的平移配准结果,其中在头脚（Y）方向[（-1.47±3.00）mm vs(-0.87±3.27)mm]和前后（Z）方向[（-2.91±4.49）mm vs(-3.41±5.38)mm]的差异存在统计学意义（P<0.001）。旋转角度偏差与平移差别存在相关性,其中ΔX和ΔZ均与Ry呈线性强相关性,其相关系数PCC分别为-0.883和0.795(P<0.001);ΔY与Rx呈线性强负相关性,PCC=-0.722(P<0.001)。根据线性模拟公式计算,当Rx>1°且Ry>2°时,两种配准方法将在各平...     

基于DenseCUT网络由头部锥形束CT图像生成合成CT图像

提出一种由头部锥形束CT(CBCT)图像生成合成CT(sCT)图像的无监督深度学习网络,并与循环生成对抗（CycleGAN）网络及对比非配对转换（CUT）网络进行比较。本研究共获取56例脑部肿瘤患者的计划CT(pCT)和CBCT数据（其中49例用于训练,7例用于测试）,分别使用CycleGAN网络、CUT网络以及本研究提出的密集对比非配对转换（DenseCUT）网络由CBCT图像生成sCT。DenseCUT网络有两点创新之处：将CUT网络与密集块网络结合;在损失函数中加入结构相似性。与pCT-CBCT相比,pCT-sCT(DenseCUT网络)的HU值平均绝对误差从34.38 HU降低到17.75 HU,峰值信噪比从26.19 dB提升到29.83 dB,结构相似性从0.78提升到0.87。本文方法可在不改变解剖结构的情况下从CBCT图像中生成高质量的sCT图像,同时降低图像伪影,使CBCT应用于剂量计算和自适应放疗计划成为可能。     

体质量指数对锥形束CT引导的宫颈癌放疗分次间摆位误差的影响

目的：探讨体质量指数(BMI)对锥形束CT(CBCT)引导的宫颈癌放疗分次间摆位误差的影响。方法：选取2020年9月至2021年9月在四川省肿瘤医院进行治疗的90例宫颈癌患者为研究对象,根据患者BMI分为过轻组(BMI≤18.4 kg/m²)、正常组(18.5 kg/m²≤BMI≤23.9 kg/m²)、超重组(BMI≥24.0 kg/m²),各组例数均为30例,并将各组成员随机分为两组,分别为真空垫组(n=15)、热塑膜组(n=15),均在放疗前后对盆腔区域进行CBCT扫描,以获取患者摆位数据,判断放疗定位是否准确,并制定合理的放疗方案,分析不同BMI对宫颈癌放疗摆位误差的影响。结果：在不考虑BMI分组时,真空垫组及热塑膜组患者总体摆位误差比较,差异没有统计学意义(P>0.05);骨性配准宫颈癌患者X轴、Y轴摆位误差明显高于灰度配准者,Z轴摆位误差低于灰度配准(P<0.05);对BMI过轻患者摆位误差进行分析发现,过轻者真空垫固位X轴、Y轴摆位误差均小于热塑膜固位者(P<0.05...     

虚拟单色CT图像应用于放射治疗计划过程的初步评估

目的:通过分析宝石光谱成像（GSI）模式下获取的虚拟单色图像的特性,初步评估将其应用于放射治疗计划剂量计算的可行性。方法:采用GE公司的Revolution ES CT扫描系统对CIRS 062M电子密度模体进行扫描;对比不同能量下不同物质的CT测量值与理论值之间的差异;比较间隔26 d的两次扫描CT值;建立单色图像的CT到电子密度（ED）转换曲线。结果:在两次扫描中,不同单色能量下,高密度材料的CT值变化显著,密度小于或等于水的材料的CT值变化较小;较高密度材料（如Dense Bone 800）的CT理论计算值和实测值之间的差异在较低能量时较大;较高能量虚拟单色CT图像的CT-ED转换曲线与普通模式下获得的多色图像一样具有一致的线性关系;但较低能量虚拟单色CT图像的CT-ED转换曲线是双线性。结论:双线性的CT-ED转换曲线可能会带来剂量计算误差,所以将其应用于临床剂量计算时必须选择正确的能量相关CT-ED转换关系。     

超声引导技术在外照射放疗中的应用进展

图像引导放疗技术是目前实现精准放疗的先进技术,目前常用的图像引导技术有锥形束CT、光学表面成像、超声等。锥形束CT因额外辐射、软组织分辨率低、缺乏实时监测等缺点而受到限制。光学表面成像只能获取体表信息,缺乏内部器官信息。超声无创、无辐射、软组织分辨率高,从二维超声发展至四维超声引导技术,其在测量靶区体积,实时监测靶区分次间和分次内运动等方面有独特的优势。本文就此技术发展及其在外照射放疗中的应用作简要综述。     

基于CT影像的人体踝关节三维重建

以踝关节的生理解剖结构为理论依据,利用踝关节的CT图像作为二维数据源,通过医学图像处理软件Mimics建立踝关节的三维模型,然后使用3-matic对三维模型的网格进行优化,最后对优化前后的模型进行对比分析。结果发现经过优化后的踝关节三维模型在结构上与人体真实的踝关节结构并无明显的差异,精确程度满足要求,对于患者病情的分析及治疗方案的确立具有重要的指导意义。     

基于增强CT的手动勾画与基于PET-CT的自动勾画方法在鼻咽癌放疗中的对比研究

目的:探究基于增强CT的手动勾画与基于PET-CT的自动勾画方法在鼻咽癌放疗中的优劣性及应用价值。方法:采集34例鼻咽癌患者的PET-CT数据,比较医生分别在增强CT和PET-CT图像上勾画靶区的差异性,以CSCO指南在PET-CT双模态融合图像上手动勾画的靶区作为金标准,应用Matlab软件计算单一标准摄取值（SUV）阈值分割法和MIM软件自带的PET-EDGE分割法两者的重叠率Dice和豪斯多夫距离HD值,并采用t检验进行统计学分析。结果:基于增强CT图像的手动勾画法、基于PET-CT图像的单一SUV阈值法以及PET-EDGE自动勾画法,3者靶区分割结果的Dice值分别为0.706、0.736、0.806,HD值分别为12.601、11.631、6.143 mm。以PET-CT双模态图像作为参考的靶区手动勾画法与基于增强CT的手动勾画存在差异（Dice:P=8.33×10-7;HD:P=1.065×10-18）;MIM软件自带的PET-EDGE靶区分割法Dice和HD值高于单一SUV阈值法,差异具有统计学意义（Dice:P=0.019 8;HD:P=0.013 7）。结论:在鼻咽癌肿瘤靶区的分割性能上,基于PET-CT图像的自动勾画优于基于增强CT图像的手动勾画,MIM软件自带的PET-EDGE分割法优于单一SUV阈值分割法。     

图像域迭代重建算法对腹部CT平扫图像质量和辐射剂量的影响

目的:探讨图像域迭代重建算法对腹部CT平扫图像质量及辐射剂量的影响。 方法:以辽阳市中心医院2017年1月~2018年4月行腹部CT平扫的150例患者为研究对象,依据就诊先后顺序随机将其分为观察组与对照组,各75例。均行自动毫安控制技术扫描,管电压均为130 kV。观察组预设图像质量参考毫安秒150 mAs,行图像域迭代重建算法重建;对照组预设图像质量参考毫安秒250 mAs,行滤波反投影重组。通过CT值、图像噪声SD、图像信噪比、对比噪声比评价两组图像客观质量,并行图像质量主观评价,记录两组CT剂量容积指数。 结果:观察组肝脏、脾脏的图像噪声SD均显著低于对照组,图像信噪比均显著高于对照组,差异有统计学意义（P<0.05）;CT值、对比噪声比、主观整体质量评分两组比较差异均无统计学意义（P>0.05）;观察组CT剂量容积指数为（10.02±2.85） mGy,显著低于对照组的（15.68±4.36） mGy,差异有统计学意义（P<0.05）。 结论:图像域迭代重建算法不仅能保证腹部CT平扫图像质量,而且能有效减少辐射剂量。     

多模型迭代重建在CT门静脉成像中改善图像质量的应用

目的:探讨多模型迭代重建（ASIR-V）在CT门静脉成像（CTPV）中改善图像质量的应用价值。方法:收集Revolution CT检查CTPV患者60例并随机分为A、B组。两组均采用管电压120 kV、噪声指数10、对比剂用量450 mgI/kg。扫描结束后,A组采用40%ASIR,B组采用40%ASIR-V。分别测量门静脉主干、门静脉左支、门静脉右支的CT值和CT值标准差,并计算信噪比和对比噪声比。记录两组患者CT容积剂量指数（CTDIVOL）、剂量长度乘积（DLP）,并计算有效辐射剂量（ED）。由两名有经验放射科医师采用5分法标准对图像质量进行双盲法主观评分。结果:两组患者一般资料、辐射剂量（CTDIVOL、DLP、ED）和对比剂总量间差异无统计学意义（P>0.05）。两组门静脉主干、门静脉左支及右支CT值均无统计学差异（P>0.05）。A组门静脉主干、门静脉左支及右支CT值的标准差高于B组,A组信噪比和对比噪声比低于B组,且差异均具有统计学意义（P<0.05）。两名医师对两组图像主观评分具有很好的一致性（Kappa值>0.75, P<0.05）,B组图像主观评分显著高于A组（P<0.05）。结论:ASIR-V可以显著提高门静脉图像质量,为临床诊断提供更好的CTPV图像。     

基于深度学习的低剂量CT图像去噪

目的:提出一种基于深度学习的方法用于低剂量CT（LDCT）图像的噪声去除。方法:首先进行滤波反投影重建,然后利用多尺度并行残差U-net（MPR U-net）的深度学习模型对重建后的LDCT图像进行去噪。实验数据采用LoDoPaB-CT挑战赛的医学CT数据集,其中训练集35 820张图像,验证集3 522张图像,测试集3 553张图像,并采用峰值信噪比（PSNR）与结构相似性系数（SSIM）来评估模型的去噪效果。结果:LDCT图像处理前后PSNR分别为28.80、38.22 dB,SSIM分别为0.786、0.966,平均处理时间为0.03 s。结论:MPR U-net深度学习模型能较好地去除LDCT图像噪声,提升PSNR,保留更多图像细节。