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随着图像引导放射治疗(IGRT,Image Guided Radiation Therapy)和自适应放射治疗(ART,Adaptive Radiation Therapy)等技术逐渐应用于临床放疗,由摆位误差、器官运动等因素所引起的肿瘤靶区、正常组织的实际接受剂量与计划剂量之间的差异问题得到了改善,即保证了肿瘤剂量不欠量、正常组织剂量不超量。锥形束CT(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)作为临床放疗中常用的图像引导设备,已普遍应用于IGRT和ART放疗中。然而CBCT存在以下缺点:在进行摆位验证时多以患者骨性标志或灰度值进行刚体配准,忽略患者体内器官位置和形态的变化;CBCT图像的软组织分辨率不高且电子密度不准确,不能满足治疗计划精确计算的要求;CBCT扫描存在射束硬化效应,电子散射等伪影现象,重建后得到的图像质量较差;CBCT会对患者带来额外的辐射剂量。超声相比传统的CBCT引导放疗设备具有高软组织成像质量、实时性、无辐射等优点。在临床放疗中,超声常结合CBCT进行图像引导,可使照射野与肿瘤靶区保持相对位置固定,并达到动态适形,使得放疗更加精确,但多次CBCT的扫描增加了患者的辐射剂量。因此,利用基于超声图像获取的伪CT(pseudo CT,CTps)引导方法可避免CBCT的重复扫描,且适用自适应放疗中肿瘤靶区的实时修正。本文主要研究基于不同超声形变场方法来获取CTps图像,并验证其替代CBCT应用于临床放疗摆位验证中的可行性,主要工作如下:(1)图像预处理操作:由于临床治疗中,不同影像设备采集的三维图像体素信息不一致,若模拟定位扫描的超声图像(ultrasound images acquired during simulated positioning process,USsim)与摆位验证前扫描的超声图像(utrasound images for positioning verification,USpv)在配准前未进行体素信息的统一,两者之间所得的形变场应用到定位CT图像并不能得到符合治疗要求的CTps。另外,超声图像只能反应患者体内的局部组织结构信息,在应用形变场之前需截取定位CT图像中与定位超声图像相同的成像区域。因此在实验前需要统一配准图像的大小,体素间距,起始位置等体素信息,使得超声与CT图像处于同一空间坐标系中,并制备相应的二值掩模,以保证形变场的正确应用。(2)超声图像拼接处理:由于超声图像相对于CT、CBCT为窄束成像,单次获取的超声图像有时不能将肿瘤靶区、危及器官完全包含在成像范围内,因此和CT图像融合和配准只是局部,造成以肿瘤靶区为基准的CBCT与超声两种模态的图像进行配准时存在一定误差,进而影响患者最终摆位验证的精度。针对现有超声成像范围受限的不足,研究一种基于自适应阈值选取的超声图像自动拼接方法。对超声扫描设备获取不同方向上的序列超声图像,利用像素值梯度组成的自适应矩阵调整角点响应值R,去除经验值k,在此基础上开展基于自适应阈值的Harris角点检测算法研究,通过经验值k的去除和最优阈值T的选取最终确定超声像素间的角点对集合,完成大视场超声图像的融合拼接,使得拼接后的超声图像更能真实准确的反应患者组织器官的相对位置。利用相似度测度方法验证改进算法所拼接超声图像的准确性,并将拼接后的图像与CBCT进行配准,比较患者腹部组织器官在拼接后超声图像中成像的完整性。(3)基于超声形变场获取CTps:超声图像相比CBCT图像,其信息量丰富,具有灰阶的切面图像,层次清楚,并对活动界面能作动态的实时显示,且对小病灶有良好的显示能力。因此,本文分别提出基于超声整体成像重叠区域及基于单个感兴趣重叠区域(Region of Interest,ROI)的掩模获取CTps,在此基础上又提出了基于分步局部配准下超声形变场获取CTps,以CTps图像来替代CBCT作为每次治疗前患者体位的校准图像。前者首先通过制备不同的掩模来屏蔽骨骼等刚体结构,避免其在配准过程中发生形变,再利用自由形变配准方法得到癌症患者超声图像间的形变场,将其作用到定位CT得到CTps图像。后者通过制备多个ROI区域的掩模,对不同的ROI区域先后分别进行局部配准并得到若干形变场,根据所得形变场的次序依次叠加并将叠加后的形变场作用到定位CT图像,得到CTps。通过三位宫颈癌患者实验分别在解剖结构方面及剂量学方面验证CTps图像的应用于临床放疗的可行性。实验结果表明,利用改进的Harris角点检测拼接方法及传统Harris拼接方法拼接后的超声图像与CBCT的归一化灰度均方差值(Normalized Mean Square Error,NMSE)分别为0.13、0.25,归一化互信息测度(Normalized Mutual Information,NMI)值分别为0.90、0.80。改进方法拼接后的超声图像成像区域内组织器官的解剖结构与CBCT的相似度更高。另外,基于分步局部、单个ROI重叠区域掩模及超声整体成像重叠区域生成的CTps与CBCT的NMI测度均值分别为0.93、0.89与0.79,相关系数(Correlation Coefficient,CC)均值分别为0.96、0.94与0.92,NMSE均值分别为0.13、0.27与0.38。基于分步局部生成的CTps与CBCT的解剖结构更相近,可替代CBCT作为摆位验证阶段的引导图像,避免患者因扫描CBCT受到额外辐射。在蒙特卡洛算法相同计算条件下,基于CTps与定位CT的放疗计划靶区及危及器官在剂量分布上有差异,基于超声图像获取的CTps可以修正分次治疗的放疗计划,在充分给予放疗靶区剂量的同时,能最大程度地减少周围正常组织的剂量。