锥形束CT图像的散射校正

发布时间：2017-07-08 17:16

  本文关键词：锥形束CT图像的散射校正

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【摘要】：精准放射治疗技术努力最大限度地杀灭肿瘤细胞,同时最大程度地保护周围正常组织和危及器官。放射治疗过程中,对于肿瘤靶区变形严重的病例,需要及时调整放射治疗计划。基于锥形束CT(Cone Beam Computed Tomography, CBCT)图像进行计划验证和调整具有耗时少、成本低、病人接收剂量低等优点。但CBCT图像存在伪影多、HU值不稳定等缺陷,对剂量计算精度产生很大影响。本文对CBCT图像的散射校正方法进行了深入研究,以解决上述问题并达到自适应放射治疗中基于CBCT图像进行剂量计算实用化的目的。 本文首先发展了基于蒙特卡罗的CBCT系统模块化建模方法。该方法可区分出原射线和散射线,并分离出不同部件的散射分布。通过Beamdp程序分析、水模剂量测量实验及模体图像散射成份提取的验证,结果表明该方法可准确模拟射线传播路径并分离出不同部件的散射成份,模型计算得到的剂量与实测误差在2%以内。 其次,在笔形束模型计算散射核函数的基础上,本文实现了基于散射核反卷积的CBCT图像散射校正方法,并对该方法涉及到的信号转换模型建立、散射核计算、散射建模等关键环节进行详细研究。采用水模和仿真头模的CBCT图像散射校正进行测试,结果表明CBCT图像质量明显改善,散原射线比(Scatter-to-Primary Ratios, SPR)整体降低一个数量级。 最后,在以上研究基础上进一步开展散射校正后CBCT图像应用于剂量计算的研究。采用散射校正后的标准模体CBCT图像建立HU-ED标定曲线。通过对模体和鼻咽癌病例的治疗计划进行验证,与CT-ED标定曲线计算结果进行比较。结果表明基于散射校正后CBCT图像进行计剂量计算的精度大幅度提高,伽马通过率分别从散射校正前的48.1%、75.2%提高至95.3%、97.7%,为实现自适应放射治疗中的基于CBCT图像进行剂量计算提供技术支持。
【关键词】：锥形束CT 蒙特卡罗模拟 散射校正 散射核反卷积
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 精准放射治疗技术11-13
• 1.1.2 基于CBCT的图像引导放射治疗13-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 CBCT散射校正的研究现状15-16
• 1.2.2 CBCT图像用于剂量计算的研究现状16-18
• 1.3 精准放射治疗计划系统(ARTS)18-19
• 1.4 论文研究目标和意义19-22
• 1.4.1 研究目标20
• 1.4.2 研究意义20-22
• 1.5 论文研究内容和结构22-25
• 第二章 原理及方法25-41
• 2.1 CBCT图像散射成因及散射校正方法25-33
• 2.1.1 散射成因及CBCT图像中的伪影25-29
• 2.1.2 CBCT图像散射校正方法29-32
• 2.1.3 散射校正效果评价32-33
• 2.2 蒙特卡罗方法33-37
• 2.2.1 蒙特卡罗方法原理33-34
• 2.2.2 蒙特卡罗程序34-37
• 2.2.2.1 常用的蒙特卡罗程序34-36
• 2.2.2.2 EGSnrc蒙特卡罗程序36-37
• 2.3 散射核反卷积方法37-38
• 2.3.1 散射核反卷积方法的原理37
• 2.3.2 基于散射核反卷积方法散射校正的实现流程37-38
• 2.4 剂量验证方法38-40
• 2.5 小结40-41
• 第三章 基于蒙特卡罗的CBCT系统模块化建模及模型验证41-61
• 3.1 模块化建立CBCT系统模型41-51
• 3.1.1 CBCT系统构造42-44
• 3.1.2 蒙特卡罗模拟参数设置44-48
• 3.1.3 X射线源系统模型48-50
• 3.1.4 模体和平板探测器模型50-51
• 3.2 CBCT系统模型正确性验证51-59
• 3.2.1 Beamdp程序分析52
• 3.2.2 水模剂量测量52-55
• 3.2.3 模体图像的散射校正55-59
• 3.3 小结59-61
• 第四章 基于散射核反卷积的CBCT图像散射校正61-79
• 4.1 平板探测器信号转换模型61-68
• 4.1.1 平板探测器的响应特性61-64
• 4.1.2 模体厚度-灰度信号转换模型64-68
• 4.2 散射核计算68-74
• 4.2.1 散射点扩展函数68-70
• 4.2.2 散射核函数70-74
• 4.3 散射建模74-75
• 4.4 体模的CBCT图像散射校正75-78
• 4.4.1 均匀水模的CBCT图像散射校正76-77
• 4.4.2 仿真头模的CBCT图像散射校正77-78
• 4.5 小结78-79
• 第五章 散射校正后CBCT图像应用于剂量计算79-89
• 5.1 HU-EDR标定关系79-82
• 5.1.1 CBCT图像HU-EDR模型建立方法79-81
• 5.1.2 HU-EDR标定关系的建立81-82
• 5.2 散射校正后CBCT图像应用于剂量计算82-87
• 5.2.1 CATphan标准模体计划剂量计算83-85
• 5.2.2 鼻咽癌病例计划剂量计算85-87
• 5.3 小结87-89
• 第六章 总结与展望89-93
• 6.1 总结89-90
• 6.1.1 研究内容总结89-90
• 6.1.2 论文创新之处90
• 6.2 展望90-93
• 参考文献93-103
• 致谢103-105
• 在读期间发表的学术论文105-107
• 参与项目与所获奖励107

【参考文献】

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本文编号：535532