基于红外和X射线的图像引导精准放射治疗系统关键技术研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论义目基于红外和射线的图像引导精准放射治疔糸坑关鍵技术研免请作者姓名柏科学与技术学科专业呉金灿教梭胡丽琴到教梭导师姓名二〇一五年六刀完成时间博士学位论文基于红外和射线的图像引导精准放射治疗系统关键技术研究作者姓名：贾婧学科专业：核科学与技术导师姓名：吴宜灿教授胡丽琴副教授完成时间：二一五年一月一日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeKey

2、TechnologiesofDevelopingImage-guidedRadiotherapyBasedonInfraredGuidingandX-rayImagingAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者

3、授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。‘开口保密（年）作者签名：导师签名：之各广签字日期：签字日期：、、摘要摘要随着图像引导放疗技术的发展，放射治疗精度不断提高，如何更好地利用图像的信息引导放疗一直以来是研究热点和难点。肿瘤患

4、者分次放疗间不可避免的摆位偏差，以及分次中呼吸运动等器官运动带来的误差大大降低了放射治疗精度难以达到令人满意的治疗效果。另外，对靶区或周围正常组织发生的形变需要进行评估，进而对原治疗计划进行自适应调整，从而确保放射治疗的精度和质量。为解决上述问题，本文对图像引导放疗定位跟踪系统及其关键技术进行了深入研究。■先本文设计了图像引导精准放疗系统系统基于红外定位引导和射线成像验证，幵展摆位误差测量实验，研究不同成像距离和角度对成像质量的影响，同时结合红外引导定位跟踪设备，针对分次间病人摆位进行快速精准校正，并实时定位跟踪分次中靶区

5、的运动情况，为医生和物理师提供有效参考。其次，提出了基于双射线成像的配准方法和基于四元数的标记点三维配准方法。基于多分辨率双投影直接配准方法，配准方法实现了由粗到细对二维图像和三维体数据同时进行配准处理，能够快速、精确得到平移和旋转六个自由度的配准结果。标记点三维配准方法解决了点集间对应关系不确定下的配准问题。同时，针对呼吸过程中基线漂移和不规律呼吸幅值与周期问题，发展了基于高斯核函数回归算法建立了非参数呼吸运动预测模型，测试结果表明该模型能快速预测呼吸状态的变化，预测误差小于，可以用于放疗中运动靶区的自动实时定位跟踪。最

6、后，将上述技术初步用于肺癌立体定向放疗临床研究，针对肺癌病人治疗过程中出现的分次间靶区和危及器官形变偏差，基于放射治疗再计划系统进行原治疗计划的评估和自动优化，为临床提供指导和参考。本文测试了五个临床病例，较原治疗计划，重新优化后计划在剂量和分布均勻性方面表现更佳，的处方剂量所覆盖的靶区体积平均提高了危及器官的最大剂量平均降低了。关键词：图像引导精准放疗；摆位；自适应放疗；立体定向放疗；红外定位跟踪本论文丄作得到国家然科学《金的资助AbstractABSTRACTWiththedevelopmentofimagingtec

7、hnologies,itisbecomingmoreandmorefrequenttoacquiredifferenttypesofimagesduringtumortreatmentinradiationtherapy.Whileithasalwaysbeenahottopiconhowtotakethemostadvantageoftheseimagestobetterguideradiotherapy.Andtheaccuracyhasbeenimprovedwiththeongoingimprovementofim

8、ageguidedtechniques.However,duetothefractionatedtreatmentandbodymovementespeciallythebreathingmotionwithinonefraction,whichhasintroducedgreatuncertainti