锥束CT几何畸变校正和临床应用关键问题研究

发布时间：2018-02-04 02:37

本文关键词： 锥束CT 几何误差校正运动肿瘤动态跟踪靶区可见性增强　出处：《清华大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来，基于平板探测器的X射线动态成像和三维立体成像技术迅速发展。利用平板探测器既可以用锥束CT（cone beam computed tomography, CBCT）方式，实现三维高分辨等体素成像，同时也可以用多角度动态透视的方式，实现对器官的运动跟踪。这些特点使其在医学成像研究和临床诊疗中发挥了独特的作用。基于平板探测器的CBCT成像过程中，X射线源、探测器和转轴之间的几何构型及偏差对图像重建有关键性影响。本文提出利用视觉相机模型对几何参数和误差进行标定和校正。首先利用位置已知的三维标志点及其在各投影图像上对应的二维投影点，依据视觉相机模型求解CBCT二维透视图像与三维物体之间的成像关系，从而完整地复现出CBCT各投影角度下的几何构型，，标定出完备的几何参数和误差。然后，基于所建立的视觉相机模型对CBCT成像关系进行修正，并对图像重建的FDK方程进行改进，实现CBCT重建的校正。该方法利用统一的理论框架对CBCT几何参数和误差进行系统、完备的标定及校正，提高了重建图像的质量。该方法已应用于自行研发的小动物双模式成像系统。借助平板探测器的动态成像能力，临床中可以对胸腹部肿瘤的治疗进行引导。在利用二维透视图像进行引导时，由于透视图像中软组织叠加，肿瘤的可见性差，大幅度的呼吸运动更给肿瘤定位带来困难，难以实现精确的运动跟踪。本文利用CBCT原位采集容积图像和透视图像的特点，依据相机模型实现多角度二维透视图像的动态跟踪与三维CBCT重建高分辨的体素信息的关联和结合，实现了肿瘤可见性的增强和肿瘤运动的动态跟踪，为治疗引导提供了增强的信息。基于动态X光平板成像和CBCT重建，针对肺部引导放疗中肿瘤运动全时相、自动跟踪的需求，提出了一种依据二维动态图像来跟踪呼吸深度和划分呼吸周期，从而将各角度采集的透视投影图像进行分组，重建不同时相CBCT（4D-CBCT）的方法，进而确定肿瘤在不同呼吸时相下的位置，通过与重建的3D-CBCT融合增强4D容积图像的质量，最终通过2D-4D配准实现透视图像中肿瘤运动的动态跟踪。为了增强肝部肿瘤引导介入穿刺治疗中靶区及周边组织的可见性，提出通过对3D-CBCT感兴趣组织和血管的分割，并依据重建的透视关系，将渲染后的肿瘤靶区和感兴趣区反投影回二维成像平面，与动态透视图像融合，增强了肿瘤和周边组织的可见性，并实现了呼吸运动下的动态配准，可以为医生的穿刺提供直观准确的引导。
[Abstract]:In recent years , X - ray dynamic imaging and three - dimensional stereo imaging technology based on flat panel detector have been developed rapidly . The use of flat panel detector can realize three - dimensional high - resolution voxel imaging by cone beam computed tomography ( CBCT ) method , and can also use multi - angle dynamic perspective to realize the motion tracking of organs . These characteristics make it play a unique role in medical imaging research and clinical diagnosis and treatment . In the process of CBCT imaging based on flat panel detector , the geometrical configuration and deviation between X - ray source , detector and rotating shaft have a key influence on image reconstruction . With the aid of the dynamic imaging ability of flat panel detector , it is possible to guide the treatment of thoracic and abdominal tumors . When guided by two - dimensional fluoroscopic images , it is difficult to realize precise motion tracking due to the overlapping of soft tissues in the fluoroscopic images , the difference in the visibility of the tumors , the correlation and the combination of the dynamic tracking of the multi - angle two - dimensional fluoroscopic image and the voxel information with high resolution based on the camera model , and the enhancement of the tumor visibility and the dynamic tracking of tumor motion are achieved . Based on dynamic X - ray imaging and CBCT reconstruction , a two - dimensional dynamic image is proposed to track the depth of respiration and to divide the breathing cycle , so as to improve the visibility of tumor motion in the target and peripheral tissues .

【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R814.42

【共引文献】