图像分割和图像配准在近距离放射治疗中的应用研究

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1、分类号密级ＵＤＣ编号？似Ｉ似嫁硕壬学位论文图像分割和图像配准在近距离放射治疗中的应用硏究Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ民的ｅａｒｃｈｏｆＩｍａｅＳｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ＆ＩｍａｅｇｇｇＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｆｏｒＢｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ陈海斌导师姓名周凌宏甄蓋专业名称生物医学工程培养类型专业型论文提交日期南方医科大学２０１２级硕±学位论文图像分割和图像配淮在近距窝放射治疗中的应用研究ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏ

2、ｆＩｍａｇｅＳｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ＆ＩｍａｇｅＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｆｏｒＢｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ１３０１９４０课题来源：国家自然科学基金巧）学位申请人陈海斌导师姓違周凌宏，甄签专业若称生物医学工程培养类型专业型培养层次硕去所在学院生物医学工程学院答辩委员会主席陈仲本教授杨荣審副教授宋曝副教授答辩委员会委员陈超敏教授甄蠢副教授２０１５年４月１日广州硕去学位论文图像分割和图像配准在近距离放射治巧中的应用研究硕古研

3、巧生：陈海斌指导教师：周凌宏教授，甄蹇副教授摘要一放射治疗是恶性肿瘤的重要治疗手段之，有超过７０％的恶性肿瘤患者需要接受放射治巧。放射治疗的基本目标是实现放射治疗増益比的最大化，即最大限度地将放射线剂量集中到祀区（ＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ，ＴＶ）内，在杀灭肿瘤细胞的同时，保护周围正常沮织（ＮｏｒｍａｌＴｉｓｓｕｅ）和危及器官（ＯｒｇａｎｓＡｔＲｉｓｋ，ＯＡＲｓ）少受或免受不必要的照射。图像分割和图像配准是目前放射治疗领域的关键技术。首先，祀区Ｗ及ＯＡＲｓ的分割（勾画）直接影响

4、到放射治疗的精确度；其次，在图像引导放射治疗（ＩｍａｇｅＧｕｉｄｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙ，ＩＧＲＴ）的临床应用中，需要对计划ＣＴ图像和当前的ＣＴ或ＣＢＣＴ图像进行配准，得到病人体位的变化，Ｗ修正病人的摆位误差。在自适应放射治疗中（ＡｄａｐｔｉｖｅＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙ，ＡＲＴ）中，对视区和ＯＡＲｓ的轮廓线的推衍、各分次照射剂量的累加、放射治巧计划的再计划等均依赖于图像变形配准（ＤｅｆｏｒｍａｂｌｅＩｍａｇｅＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＤＩＲ），图像配准算法的

5、精确性直接影响病人的治疗疗效。－Ｄ无论是Ｈ维适形放疗（３ｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＣｏｎｆｏｒｍａｌＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙ，－还是调强放射治疗（３ＤＣＲＴ），ＩｎｔｅｎｓｉｔｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａ，ＩＭＲＴ），ｐｙ在治疗计划设计阶段，均需由放疗医生在治疗前在获取的计划ＣＴ圍像上勾画ｓ（ＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｎｉｎＳｓｔｅｍＴＰＳ）出肿庙区域和ＯＡＲ，采用放射治疗计划系统ｇｙ，Ｉ摘要制定出的合适治疗计划。帶区和ＯＡＲｓ的勾画精度直接影响放疗计

6、划的优劣。临床上大多数肿瘤病人的放射治疗均是使用分次照射治疗，各分次之间轮廓线的推衍、计划的修正Ｗ及受照剂量的累加，均需要图像配准技术来实现。与３Ｄ－ＣＲＴ相比，ＩＭＲＴ能使得Ｓ维剂量分布与靴区适形度较化祀区内剂量强度分布均匀，与此同时，祀区外剂量迅速下降，有效地保护周围正常组织和危及器官。不论在理论上还是实践中，都能更好地实现治疗增益比最大化，提高肿瘤控制率（ＴｕｍｏｒＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ＴＣＰ），降低正常组织并发症发生率（ＮｏｒｍａｌＴｉｓｓｕｅＣｏｍｐｌｉｃａ

7、ｔｉｏｎＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ＮＴＣＰ），有效改善患者生存质量。但是由于治疗期间，病人摆位误差、器官组织的位移和变形等，将导致祀区照射量不足，或正常组织受照量过高或危险器官卷入窩剂量区，从而导致肿瘤局部未受控或者损伤正常姐织和器官，尤其是在高剂量巧度下。目前主要的解决办法是根据病人在各分次治疗前的解剖图像信息，利用图像配准算法获取变形信息，对初始计划进行再计划，生成新的计划对病人进行治疗，从而大大提高病人实际照射剂量的精确性一。此外，放疗后的并发症也是评价放疗疗效的个重要指标。放巧后并发

8、症通常是由于ＯＡＲｓ的受照剂量超过其耐受剂量。在分次放疗中，患者危及器官的累计受照剂量也是临床关注的重要问题。病人各个分次间的摆位误差，组织器官的变形等，使得剂量无法直接累加。因此需要对各个分次获取图像中的ＯＡＲｓ进行精确配准，才能准确计算其累计受照剂量。在放射治疗中，祀区和ＯＡＲｓ的勾画主要是通过放