基于Contourlet阈值法的锥形束CT图像去噪研究

目的：将多尺度分析工具之一的Contourlet变换运用到锥形束CT（CBCT）图像去噪领域,并对Contourlet不同阈值去噪方法进行探讨。提出基于Contourlet变换结合半软阈值方法对锥形束CT去噪,并论证去噪效果。方法：利用Contourlet变换的多尺度多方向性以及平移不变性,对低分辨率锥形束CT图像进行拉普拉斯塔形滤波和方向滤波多层分解后得到变换系数,随后对变换系数采用不同阈值方法进行处理,最后逆序反变换得到去噪后图像。通过软阈值和硬阈值方法在Contourlet变换中的应用,提出半软阈值结合Contourlet变换方法对锥形束CT图像去噪。通过对头,胸,盆腔各10例临床锥形束CT图像的去噪,比较三种阈值去噪效果。结果：半软阈值法在胸部和盆腔部锥形束CT图像去噪中比Contourlet硬阈值去噪在PSNR上平均高出1.40 d B和3.11 d B,但在头部锥形束CT图像处理中无优势,而Contourlet软阈值去噪后的锥形束CT图像在消除噪声的同时,信号自身的能量被消弱最多。结论：本文半软阈值法在一定程度上修正了硬,软阈值函数的缺陷,结合Contourlet变换在处理图像几何结构方面的优势,为锥形束CT图像去噪提供了一个新思路。     

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。     

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。     

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。     

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。     

利用锥形束CT研究头颈部肿瘤在放射治疗中的摆位误差

应用医科达锥形束CT(CBCT)可以研究调强放射治疗中摆位误差的规律。本文入组了本院2009年10月-2010年10月间治疗的头颈部肿瘤240例,获取患者初次治疗的CBCT与计划CT的图像配准误差,分别统计线性方向(X、Y、Z)和旋转方向(U、V、W)误差(对应三个轴的旋转误差)。根据结果可得,在线性摆位误差中以Y和Z方向比较显著,旋转误差中以V(对应Y轴的旋转误差)轴最为显著,U和W轴旋转误差相似。在实际摆位中应注意误差比较大的方向,切实提高摆位的准确性。因此CBCT监测误差对提高放疗精度有广泛意义。     

应用锥形束CT研究儿童神经母细胞瘤放射治疗的摆位误差

目的：应用锥形束CT（CBCT）研究儿童腹部神经母细胞瘤放射治疗分次间（Interfraction）和分次内（Intrafraction）的摆位误差,探讨临床靶区（CTV）到计划靶区（PTV）的外放边界,为临床治疗计划的设计提供参考。方法：选取于2012年10月到2013年5月共10例接受放射治疗的儿童腹部神经母细胞瘤患者,所有患儿分别于治疗前以及治疗结束后进行CBCT扫描,CBCT扫描图像与计划CT图像进行配准,记录左右方向（Medial-Lateral,ML）,头脚方向（Superior-inferior,SI）以及胸背方向误差（Anterior-Posterior,AP）,从而得到分次间和分次内的摆位误差。结果：若按照每周一次图像验证,则摆位误差为：左右方向5.3mm,头脚方向5.7mm,胸背方向5.2mm。若按照每日CBCT图像验证,这种情况下的摆位误差仅为：左右方向2.1 mm,头脚方向1.7 mm,胸背方向1.4 mm。结论：每日CBCT图像扫描可以有效减少儿童神经母细胞瘤的摆位误差,缩小CTV到PTV的外放边界,减少正常组织的受照范围。正常组织受照范围的减少对患者特别是儿童患者有很大意义。在确定CTV到PTV的外放边界时,内边界（InternalMargin）的大小还需要进一步讨论。     

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。     

基于神经网络学习的锥形束CT图像超分辨率重建算法

针对锥形束CT（CBCT）图像质量较差的问题,提出一种基于卷积神经网络的超分辨率重建（SRCNN）方法,旨在提高CBCT图像的分辨率。本研究分别对头颈、盆腔、胸部的CBCT图像进行研究,先使用非局部均值（NLM）方法对图像进行降噪处理,再分别使用双三次插值重建（BIC）方法和SRCNN重建方法进行超分辨率重建。结果表明,BIC方法和SRCNN重建方法均能提高CBCT图像的分辨率,SRCNN重建方法较BIC方法有更高的峰值信噪比,而在结构相似度和特征相似度上,BIC方法和SRCNN重建方法的差别不大。从图像峰值信噪比及特征相似度上看,此方法对盆腔部CBCT图像处理效果更为显著,对头颈部及胸部处理效果相近。     

基于旋转准直器的锥形束CT散射矫正方法

针对锥形束CT（CBCT）图像质量受散射影响比较严重的情况,提出一种基于旋转准直器的CBCT散射矫正方法。该方法在射线源和模体之间放置一个圆形的旋转准直器,并通过准直器的旋转使透过准直器的射线不断沿轴向来回扫描,以获取整个容积图像的投影图像信息,然后利用投影图像的遮挡区域估计整幅图像的散射信息并将其从投影图像中去除,最后利用改进FDK算法重建图像。结果表明,与CBCT图像相比,散射矫正后的重建图像CBCT值的均方根误差从16.00%下降为1.18%,杯状伪影从14.005%下降为0.660%,峰值信噪比从16.959 4提高到31.450 0。CBCT图像质量得到明显提高。     

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。     

基于锥形束CT分析食管癌和肺癌患者摆位误差

【摘要】目的:应用锥形束CT（CBCT）观察食管癌和肺癌六维方向的摆位误差,分析六维床对食管癌平移和旋转方向校正的必要性及其临床意义。方法:选取2019年10月~2021年12月在中山大学肿瘤防治中心放疗的胸部肿瘤患者,食管癌组、肺癌组各85例,收集所有患者前3次CBCT扫描,通过六维方向与计划中的定位CT图像进行配准,获得头脚方向（SI）、左右方向（LR）、前后方向（AP）、绕Z轴旋转（RTN）、绕X轴旋转（PITCH）、绕Y轴旋转（ROLL）6个方向的摆位误差。原始数据取绝对值,采用Kolmogorov-Smirnov Z非参数秩和检验进行统计分析。结果:食管癌组和肺癌组在SI、LR、AP平移方向摆位误差取绝对值分别为:0.30（0.10, 0.50）、0.10（0.10, 0.30）、0.10（0.10, 0.20）和0.20（0.10, 0.40）、0.20（0.10, 0.30）、0.10（0.10, 0.30） cm;在RTN、PITCH、ROLL旋转方向的摆位误差取绝对值分别为0.50°（0.30°, 0.90°）、0.90°（0.40°, 1.60°）、0.90°（0.40°, 1.40°）和0.40°（0.10°, 0.70°）、0.70°（0.20°, 1.30°）、0.50°（0.10°, 1.00°）,食管癌组和肺癌组中SI、RTN、PITCH、ROLL方向比较,差异均有统计学意义（P<0.05）,而LR、AP方向比较,差异无统计学意义（P>0.05）。结论:基于CBCT引导下,六维配准技术配合六维床能降低胸部肿瘤患者放疗时摆位误差,特别是长靶区如食管癌方面,校正旋转摆位误差有明显优势。     

锥形束CT系统的散射校正方法分析

目的：在锥形束CT成像系统中，对投影数据进行适当的散射校正是一步重要的数据校正。方法：本文对目前关于锥形束CT图像散射的软件校正方法做了综述，其中包括了卷积法、反卷积法、蒙特卡罗模拟法以及基于散射校正板（beam stoparray，BSA）的散射校正法，并对各种方法进行了比较和讨论。结论：基于BSA的散射校正方法对三维锥形束CT系统进行散射校正是一种实用有效的校正方法。     

基于Varian锥形束CT影像质量的直线加速器选择策略

目的:定量分析不同锥形束CT（CBCT）影像特点,从而为患者选择最佳设备。方法:利用CatPhan604模体分析Edge、TrueBeam及新旧ix机载CBCT头、胸、盆模式图像。结果:12组图像头、胸、盆CT值最准确的是ix新机器、TrueBeam、Edge,分别为5.69、0.81、6.74 HU;CT值线性最好的是ix旧机器或新机器、Edge、Edge,分别为0.995、0.996、0.997;线性距离误差最小的是ix旧机器、Edge、Edge或TrueBeam或ix旧机器,分别为0.050、0.075、0.100 mm;角度误差最小的是ix旧机器、Edge或TrueBeam、Edge或ix新机器,分别为0.075°、0.050°、0.075°。头、胸、盆高对比度分辨率最好的是ix旧机器、Edge、Edge,分别为7、5、5 LP/cm;均匀性最好的是Edge、Edge、Edge,分别为4.78、20.19、4.63。头、胸、盆噪声最好的是Edge、ix新机器、ix新机器,分别为27.53、8.67、7.33;信噪比最好的是Edge、TrueBeam、ix新机器,分别为83.17、124.39、288.39;对比度噪声比最好的是Edge、ix新机器、ix新机器,分别为11.92、41.42、51.47。低对比度分辨率头部未可见,胸、盆部最好的是Edge或TrueBeam、Edge,分别为6.00、3.75。结论:CBCT系统间差异大,为患者选择加速器时应考虑成像特点,如自适应放疗选择高CT值线性和准确性,立体定向放疗选择低距离和角度误差设备等。     

放射治疗用锥形束CT图像引导设备技术审评要求探讨

主要分析放射治疗kV级锥形束CT（CBCT）图像引导系统和诊断用扇形束CT的技术原理及临床应用的差异,包 括数据获取方式、图像处理方式、空间分辨率、成像剂量、图像噪声、密度分辨率等方面的差异,从而进一步分析CBCT和 扇形束CT技术审评要求中电气安全、性能指标等要求的差异,以及CBCT说明书、注册单元划分的要求,预期为制造商准 备CBCT图像引导系统的注册申报资料提供参考。     

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     

利用多次采集计划CT和锥形束CT评价前列腺癌靶区运动相关性

目的:利用多次采集计划CT(MAPCT)和锥形束CT获取前列腺癌患者靶区治疗前和治疗中位移数据,评价治疗前、治疗中靶区各向运动之间相关性,从而为优化靶区计划设计提供数据支持。方法:筛选12例前列腺癌患者,于靶区内植金标记物,接受3次治疗前MAPCT扫描和10次治疗中锥形束CT扫描,利用两种扫描数据评价治疗前、治疗中靶区各向运动相关性。结果:治疗前、治疗中位移在左右、头脚方向上相关性系数R分别为0.559、-0.326,中度,弱相关,结果不具有统计学意义;前后方向R为0.883,强相关,结果具有统计学意义。结论:可以利用治疗前MAPCT预估前后方向上治疗中靶区位移量,从而优化前列腺癌放疗计划。     

锥形束重构解析算法的研究进展

通过解析锥形束计算机断层技术（CT）算法的发展脉络，综述分析了锥形束重构解析算法研究进程中的主要问题，剖析了锥形束重构从FDK近似重构到精确重构各算法的内在联系，并且阐述了CT技术领域今后研究工作的某些关键问题。     

GALILEOS锥形束CT的常规检测和校准方法

锥形束CT对口腔医学影像检查诊断发挥重要作用.其安全性和图像质量也引起临床医师重视.利用GALILEOS Compact自身的校准软件功能及专业的检测工具对几何体膜进行扫描,采集物体锥形束射线的投影数据,并在计算机上进行轴位、冠状位和矢状位的重建,获取图像后进行对比校准,包括检查照射野、剂量检测、传感器和光圈校准、遮光...