图像配准方法在乳腺癌瘤床靶区勾画中的应用进展

乳腺癌保乳术后放疗方案中,瘤床及其靶区的准确勾画至关重要。利用不同医学图像与放疗定位CT图像进行配准能提供更加全面的信息从而辅助医生勾画靶区。根据几何变换性质可将图像配准方法分为刚性和非刚性两大类。由于软组织易形变的特性,刚性配准较难实现非刚性结构的严格匹配,非刚性配准的结果更加符合复杂形变的实际情况。文章旨在综述两类配准方法在乳腺癌瘤床靶区勾画中的应用,分析临床应用中存在的问题,并展望非刚性配准未来的研究方向。     

3D非刚性图像配准在DCE-MRI诊断肺结节/肿块良恶性中的应用价值

目的:探讨3D非刚性图像配准在DCE-MRI诊断肺结节/肿块良、恶性中的临床应用。方法:回顾性分析经病理证实的65例肺部结节/肿块（恶性43例，良性22例），所有患者均在术前行DCE-MRI检查。评估前对良、恶性两组患者数据行3D非刚性图像配准，应用Extended tofts模型，分别测量配准前、后肺结节/肿块的定量参数:容积转移常数(Ktrans)、组织间隙-血浆速率常数(Kep）、细胞外间隙容积分数（Ve）。比较图像配准前、后胸主动脉时间-浓度曲线，并以病理结果为金标准绘制受试者工作特征曲线（ROC）,评估图像配准前、后定量DCE-MRI鉴别肺结节/肿块良恶性的诊断效能。结果:3D非刚性图像配准后，胸主动脉时间-浓度曲线波动幅度缩小，具有更好的平滑性。3D非刚性图像配准前，各参数鉴别良恶性无统计学差异；3D非刚性图像配准后， Ktrans、Kep鉴别良恶性有意义（P＜0.05）。结论:3D非刚性图像配准后，定量参数Ktrans及Kep可用于肺结节/肿块良恶性鉴别诊断。     

基于图像结构转换和demons配准的无标记BEV肿瘤跟踪算法北大核心CSCD

目的提出可应用于图像质量差、多叶准直器(MLC)遮挡和非刚性变形的兆伏级图像的无标记射束方向观(BEV)肿瘤放疗跟踪算法。方法采用窗口模板匹配、图像结构转换和demons非刚性配准方法,解决兆伏级图像中的配准问题。在模体中生成质量保证(QA)计划并在加速器上手动设置治疗偏移后执行,收集治疗过程中的682幅电子射野影像装置(EPID)图像作为固定图像;同时采集计划系统中对应射野角度的数字重建影像(DRR)图作为浮动图像,验证算法的准确性。此外收集21例肺部肿瘤治疗患者的共533对图像进行肿瘤跟踪研究,提供治疗过程中肿瘤位置变化定量结果。图像相似度用于跟踪结果的第三方验证。结果算法可应对不同程度(10%~80%)的图像缺失,模体验证中86.8%的跟踪误差在3 mm以下,80%在2 mm以下。配准前后归一化互信息(NMI)变化为(1.182±0.026)~(1.202±0.027)(P<0.005),豪斯多夫距离(HD)变化为(57.767±6.474)~(56.664±6.733)(P<0.005)。病例结果以平移为主(-6.0~6.2 mm),但非刚性形变仍存在。配准前后NMI变化为(1.216±0.031)~(1.225±0.031)(P<0.005),HD变化为(46.384±7.698)~(45.691±8.089)(P<0.005)。结论本文算法可应对不同程度图像缺失,且在数据缺失图像的非刚性配准中表现较好,适用于不同放疗技术,为多模态、部分数据及图像质量较差的兆伏级图像处理提供了参考思路。     

胰腺癌多模态图像配准质量的定量化指标研究

目的：挑选出在刚性和形变配准中表现稳定且一致性好的解剖标记,为临床中评估胰腺癌多模态图像配准质量提供定量化指标。方法：选取25例胰腺癌患者,放疗定位CT与MRI T1加权图像分别进行刚性和形变配准。选取左肾上腺、门静脉、腹腔干动脉、肠系膜上动脉、腰椎椎体、下腔静脉和腹主动脉7种解剖标记。分别在定位CT和配准后的MRI图像上勾画解剖标记,统计分析每一种解剖标记的中心点距离,比较刚性和形变配准的差异,并对解剖标记之间进行相关性分析。结果：7种解剖标记的刚性配准差异均值范围为0.405～1.097 cm,形变配准差异均值范围为0.433～0.740 cm。除左肾上腺以外,其他解剖标记的配准结果在刚性与形变配准之间无显著差异。腹腔干动脉和腹主动脉的配准差异在25例患者中最稳定。相关性研究表明,除腹主动脉和下腔静脉以外,所有解剖标记均有独立的意义。结论：使用解剖标记对胰腺癌多模态图像配准质量进行定量化评估是可行的,临床中推荐使用腹腔干动脉和腹主动脉作为评估解剖标记,在刚性和形变配准中均有高稳定性,并且2者相关性较低,可作为独立的评估标准使用。     

基于图像结构转换和demons配准的无标记BEV肿瘤跟踪算法

目的提出可应用于图像质量差、多叶准直器(MLC)遮挡和非刚性变形的兆伏级图像的无标记射束方向观(BEV)肿瘤放疗跟踪算法。方法采用窗口模板匹配、图像结构转换和demons非刚性配准方法, 解决兆伏级图像中的配准问题。在模体中生成质量保证(QA)计划并在加速器上手动设置治疗偏移后执行, 收集治疗过程中的682幅电子射野影像装置(EPID)图像作为固定图像;同时采集计划系统中对应射野角度的数字重建影像(DRR)图作为浮动图像, 验证算法的准确性。此外收集21例肺部肿瘤治疗患者的共533对图像进行肿瘤跟踪研究, 提供治疗过程中肿瘤位置变化定量结果。图像相似度用于跟踪结果的第三方验证。结果算法可应对不同程度(10%～80%)的图像缺失, 模体验证中86.8%的跟踪误差在3 mm以下, 80%在2 mm以下。配准前后归一化互信息(NMI)变化为(1.182±0.026)～(1.202±0.027)(P<0.005), 豪斯多夫距离(HD)变化为(57.767±6.474)～(56.664±6.733)(P<0.005)。病例结果以平移为主(-6.0～6.2 mm), 但非刚性形变仍存...     

图像引导放疗中图像配准算法性质的研究

目的 研究图像配准算法的基本行为,分析影响图像配准的各种因素.方法 先把待配准图像做一已知变换,然后基于自主开发的图像配准算法研究图像配准技术中感兴趣区域选择、优化目标函数时的初始位置选择、空间变换参数的空间耦合等对图像配准算法的影响.结果 感兴趣区域位置和区域大小选择对图像配准的结果影响非常明显,如果选择不当很容易导致配准失败;初始变换参数(优化的初始位置)选择恰当,能提高图像配准的准确度;参数空间的耦合会增加图像配准算法对感兴趣区域选择的敏感度.结论 图像引导放疗平台临床应用中非常有必要总结与肿瘤部位相关感兴趣区域的勾画策略(依赖具体图像配准软件平台),可以通过实现初始变换参数的自动优化选择来提高算法的抗干扰能力,并开发出针对不同图像特征(不同解剖部位)的具体配准算法.     

肺癌锥形束CT与计划CT形变配准自动勾画危及器官可行性研究

目的 定量分析肺癌计划CT与千伏级锥形束CT (KVCBCT)应用形变配准软件自动勾画危及器官可行性。方法 选取 5例肺癌患者1套定位CT图像和各10套摆位验证KVCBCT图像进行形变配准自动勾画和手工勾画危及器官,比较形变配准和刚性配准后的Dice相似性系数(DSC)、敏感性等差异,并行配对t检验。结果 形变配准和刚性配准在体表轮廓、左肺、右肺、心脏、脊髓的DSC值分别为0.971和0.980(t=3.89,P=0.000)、0.836和0.873(t=4.41,P=0.000)、0.873和0.888(t=3.88,P=0.000)、0.738和0.764(t=4.83,P=0.000)、0.666和0.677(t=2.04,P=0.047);敏感性分别为0.975和0.981(t=1.41,P=0.003)、0.914和0.803(t=－6.88,P=0.000)、0.926和0.800(t=－7.06,P=0.045)、0.782和0.708(t=－2.50,P=0.040)、0.625和0.796(t=－9.09,P=0.000)。结论 利用形变配准进行器官轮廓自动勾画差异小于刚性配准,体表轮廓、左右肺形变配准轮廓自动勾画效果优于心脏和脊髓的轮廓自动勾画。     

肺癌影像引导放疗图像配准标记点的研究

目的:探讨非小细胞肺癌影像引导放射治疗时图像匹配的参考标记点.方法:8例非小细胞肺癌患者均应用影像引导技术进行三维适形放疗或调强放疗.放疗前进行锥形束CT扫描,并将锥形束CT图像与计划CT图像分别以胸椎、隆突、肿块为标记点进行图像匹配,根据配准调整治疗床,分别记录各个方向上平移矢量,分析摆位误差.结果:8例患者共计160组配准数据,胸椎组的摆位误差最小,隆突组居中,肿块组摆位误差最大.结论:肺癌图像引导放疗图像配准的标记点选择建议使用胸椎,可选择隆突,但不推荐肿块为图像配准的标记点.     

C T与MRI影像配准方法配准效果的比较

目的：研究CT与MRI影像体表标记点法图像配准和交互式自动配准法图像配准的临床应用,探讨配准的评价方法,对比两种配准方法的配准效果。方法：选取需进行放射治疗的头颈部患者和胸部肿瘤患者病例各11例。两组患者均采用相同放疗体位和面罩固定方法,同时对患者进行CT和MRI定位扫描。采集CT和MRI时图像均采用同一套体表标记点。将获得的两套影像通过Dicom网络导入 Eclipse11．0放射治疗计划系统。对同一病例的CT和MRI 图像分别采用体表点标记法、交互式自动配准法进行图像配准。使用MRI图像的灰度值与 CT图像的（HU）值归一离轴曲线（Profile）和感兴趣区域体积中心位置偏差来评估配准效果。结果：对于头颈部位的病例,使用体表标记点法配准,感兴趣区体积中心位置偏差范围为（0．19±0．05）mm,CT值与MRI灰度值离轴曲线匹配良好。交互式自动配准方法感兴趣区体积中心位置偏差范围为（0．20±0．04）mm,CT值与MRI灰度值离轴曲线匹配良好。对于胸部组病例,使用体表标记点法配准偏差范围为（0．34±0．08）mm,离轴曲线匹配较差。交互式自动配准感兴趣区体积中心位置偏差范围为（0．23±0．06） mm,离轴曲线匹配良好。结论：对于头颈肿瘤组病例,两种方法均能得到较好的配准结果。交互式自动法在胸部肿瘤组更具优势,因为软件自动配准、人为因素影响较小,能更好的消除因体位变动带来的偏差,更适合放疗计划配准应用。     

双靶区断层治疗图像引导范围对放疗精度的影响

目的分析双靶区螺旋断层治疗(HT)中不同图像引导范围对各独立靶区放疗精确度的影响,为临床提供参考。方法28例双靶区单计划HT患者根据靶区分布情况分为头胸组(15例),胸盆组(13例)。所有患者按整体、头侧靶区、脚侧靶区不同范围进行图像配准,分析各种配准范围下PTVCT对CTVMVCT的体积覆盖率、CTVCT和CTVMVCT的体积相似性指数及几何中心偏差。结果头胸组和胸盆组结果近似。整体配准时两靶区的覆盖率、体积相似性指数及几何中心偏差差异均无统计学意义(P>0.05)。当只配准某个靶区时,该靶区体积相似性指数和几何中心偏差都明显优于未配准靶区(P<0.05);对于单个靶区而言,单独配准该靶区时所得覆盖率、体积相似性指数及几何中心偏差最优,整体配准时次之,另一侧靶区配准时最差(P<0.05)。结论单独配准某个靶区可能会降低另外靶区的放疗精度,双靶区单计划放疗时图像引导范围应包含所有靶区或者分开配准。