一种带有预处理的计划CT和在线CT的形变配准方法

发布时间：2020-05-26 04:43

【摘要】：在放疗计划中,研究人员会对肿瘤患者的计划CT和放疗前的在线CT图像进行形变配准,以便获取肿瘤及其周围器官的运动和变形信息,改善放疗计划,从而减少因肿瘤的位置和形状变化而增加的不必要的照射范围,减少正常组织的放射损伤。上述过程中利用的的CT图像一般是由普通扫描或者增强扫描获取的。为了更清晰地观察病灶,在增强扫描中会静脉注入造影剂,获取的CT图像的血管会显示极高的HU值。在线CT通常不进行增强扫描,对应血管会显示正常值,即使进行增强扫描,也一般和计划CT的部位不一样,因此两次扫描图像中血管HU值会存在巨大差异。现有的配准方法都是基于密度一致性来进行设计,所以上述血管HU值的巨大差异,会使计划CT和在线CT图像的配准结果扭曲变形,造成错配。针对该问题,本文提出了一种带有预处理的形变配准方法。针对本文提出的配准算法,进行了详尽的对比和验证实验。在研究中首先根据CT图像组织和结构的信息,利用阈值分割的方法分割出血管,并将所有分割中最大的联通区域作为初始分割的强化血管,其次利用分割得到的强化血管区域外扩5mm,作为外扩的强化血管,并将血管用固定的HU值进行填充;最后,在图像完成填充以后,再利用Demons算法进行变形配准。研究中对没有进行预处理的计划CT和在线CT图像进行基于灰度的Demons形变配准,对已经完成预处理的计划CT和在线CT图像做同等参数的Demons形变配准,并对两种配准结果的各项数据进行对比,并采用互信息(MI)和均方误差(MSE)来评判配准结果。计划CT和在线CT图像的形变配准所采用的是直接基于灰度的算法,且形变配准采用基于自动器官勾画的算法。实验结果显示文章中提出的带有预处理的形变配准方法,可以较好的解决水溶性碘造影剂引起的CT错配问题。本研究在增强扫描CT情况下,有助于提高计划CT与在线CT配准的精确性,同时也会提高放射治疗方案的质量。
【图文】：

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所有的互信息都涉及到了两个图像中各种信息的变化，但没有考虑到图像像素之间的空间关系，这使得测量曲线不够平滑，差分图像鲁棒性也容易出错。本研究中配准在线 CT 和计划 CT 图像使用的就是 Demons 配准算法。计划 CT 和在线 CT 属于同一模态图像。但是由于水溶性造影剂的存在，在线 CT 和计划 CT 的图像中血管 HU 值会存在巨大差异。如下图 3-1(a)和图 3-1(b)显示了同一个病患的计划 CT和在线 CT 图像。从图中我们可以看出，造影剂在计划 CT 图像的右侧，而在线 CT 则在图像的左侧存在造影剂。计划 CT 中血管内的 HU 值，更接近肺部边缘肋骨的 HU 值，从而导致计划 CT 与在线 CT 存在错配，，配准图像就是图 3-1(c)所示图像，红色箭头所指部位出现了很明显的断层，说明出现了错配。为了减小造上述问题产生的影响，我们首先分割计划 CT 上强化的血管，然后用指定的 CT 值填充上述分割的强化血管（此过程即为预处理），最后再对计划 CT 和在线 CT 进行 Demons 形变配准。上述具体过程见下章。

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201图 4-1 预处理流程图步骤一：将计划 CT 上人体轮廓内 CT 值大于 2000HU 的区域采用阈值分割算法分割出来，将所有分割中最大的联通区域作为初始分割的强化血管；步骤二：在步骤一分割得到的初始分割的强化血管的基础上，仍采用阈值分割算法，将与初始分割的强化血管联通的所有 CT 值大于 800HU 的区域找出，作为强化血管；步骤三：将步骤二分割得到的强化血管区域外扩 5mm，作为外扩的强化血管。当外扩的区域与其它勾画器官区域有交集时，最终的外扩区域是在指定距离（5mm）外
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R730.44;TP391.41

【参考文献】