放射治疗中CBCT关键技术的应用研究

论文摘要

图像引导放射治疗（Image-guided Radiotherapy,IGRT）是多学科交叉的产物,近年来很多先进的影像成像设备和技术用于引导放射治疗。以锥形束CT（Cone-beam CT,CBCT）为代表的在线容积成像技术可以通过多个途径确定和跟踪靶区引导放射治疗,在提高肿瘤局控率的同时,又减少了对正常组织的损伤,可以确保形状复杂并处于运动状态的肿瘤投照准确的剂量,从而大大提高了放疗的精度。本论文重点研究了CBCT重建算法及其相关的数字重建影像,图像配准等肿瘤定位技术在IGRT中的应用。数字重建影像（Digitally Reconstructed Radiographs,DRRs）是对靶区进行图像配准定位时的参考图像。本文首先介绍了DRRs的理论基础和应用,利用投影法和光线跟踪法,实现了DRRs的重建,并在传统的重建算法基础上提出了一种基于光流场的DRRs快速重建算法。然后讨论了图像配准在靶区定位中的应用,介绍了图像配准的基本原理和步骤,重点分析和研究基于互信息量的图像配准算法,实现了两幅图像的刚性配准。最后介绍了国内外CBCT重建算法的研究状况和CT重建相关的数学基础,重点研究了基于FDK的CBCT重建算法,在VC++6.0开发环境下实现了kV级X线真实老鼠投影数据的重建,并提出了一种环形伪影的消除方法,快速有效的消除了CBCT重建图像中的环形伪影。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景和意义
• 1.2 主要工作
• 1.3 本文结构
• 第二章 数字重建影像
• 2.1 数字重建影像的理论基础
• 2.2 DRRs重建
• 2.2.1 投影法
• 2.2.2 光线跟踪法
• 2.2.3 实验结果
• 2.3 基于光场的数字重建影像快速生成算法
• 2.3.1 光场理论
• 2.3.2 光场在DRRs重建中的应用
• 2.3.3 实验结果与讨论
• 第三章 图像配准在靶区定位中的应用
• 3.1 图像配准与肿瘤定位
• 3.2 图像配准的基础理论
• 3.2.1 几何变换
• 3.2.2 插值
• 3.2.3 优化算法
• 3.3 基于互信息量的图像配准
• 3.3.1 信息论
• 3.3.2 熵和互信息
• 3.3.3 Powell优化算法
• 3.4 实验结果
• 第四章 CBCT重建算法研究
• 4.1 锥形束CT重建算法的研究状况
• 4.2 CT重建的数学基础
• 4.2.1 Radon变换
• 4.2.2 中心切片定理
• 4.2.3 滤波反投影
• 4.3 FDK锥形束重建算法
• 4.4 实验结果
• 4.5 环形伪影消除方法与结果
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录一: 攻读硕士期间发表的论文及取得的成果
• 致谢