基于聯(lián)合剛性懲罰項(xiàng)的梯度形變配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、圖像引導(dǎo)放療（Image-Guided Radiotherapy，IGRT）目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床放療中，主要用于解決臨床上出現(xiàn)的放療分次間的擺位誤差、腫瘤靶區(qū)的收縮、放療分次內(nèi)呼吸運(yùn)動(dòng)等不利因素對(duì)放療精度造成的不利影響。醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)是IGRT系統(tǒng)里的關(guān)鍵技術(shù)，包括圖像配準(zhǔn)、圖像分割，圖像融合等。應(yīng)用醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)來(lái)解決臨床放療中的不利因素，優(yōu)化放療計(jì)劃，提高自適應(yīng)放療精度是目前國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　本文主要

2、介紹了圖像引導(dǎo)放療的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀和意義以及圖像配準(zhǔn)的流程和一些主要算法。提出了一個(gè)剛性懲罰項(xiàng)，用以約束非剛體配準(zhǔn)。同時(shí)研究了基于梯度的形變配準(zhǔn)，將我們所研究的剛性懲罰項(xiàng)與基于梯度的配準(zhǔn)算法進(jìn)行結(jié)合，并與結(jié)合前的算法做出對(duì)比，分析了我們所提出的新算法的優(yōu)勢(shì)及其對(duì)臨床自適應(yīng)放療的重要意義。
　　本文研究的重點(diǎn)是剛性懲罰項(xiàng)和基于梯度的形變配準(zhǔn)的結(jié)合在自適應(yīng)放療中的應(yīng)用，所以分別介紹了剛性懲罰項(xiàng)的原理、算法以及基于梯度形變配準(zhǔn)的算法

3、研究過(guò)程，主要包含以下的研究工作：
　?。?）剛性懲罰項(xiàng)的研究。在臨床醫(yī)學(xué)圖像中，往往只包含兩種結(jié)構(gòu)，剛性結(jié)構(gòu)和形變結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行形變配準(zhǔn)時(shí)，有些不能模擬不同類型組織結(jié)構(gòu)特性的形變配準(zhǔn)算法可能會(huì)導(dǎo)致剛性結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)局部剛性懲罰項(xiàng)，來(lái)防止骨骼等剛性結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。應(yīng)用梯度向量場(chǎng)來(lái)表示形變域，設(shè)計(jì)一個(gè)快速算法，與不受約束的形變配準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。在臨床胸部CT數(shù)據(jù)上進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明應(yīng)用剛性懲罰項(xiàng)的形變配準(zhǔn)既保持了形變配準(zhǔn)的

4、精度，又保持了局部結(jié)構(gòu)的剛性。
　?。?）在自適應(yīng)放療中，CT與錐形束CT(CBCT)之間的配準(zhǔn)也是放療至關(guān)重要的一步。由于CT與CBCT圖像之間的電子密度不一樣，基于灰度的配準(zhǔn)算法不適合用于CT與CBCT之間的配準(zhǔn)。應(yīng)用基于梯度的形變配準(zhǔn)算法，使用梯度向量場(chǎng)來(lái)描述形變域，可以降低CBCT灰度精度差對(duì)于配準(zhǔn)相似性測(cè)度的影響；應(yīng)用基于可信區(qū)間的局部多項(xiàng)式逼近（LPA-ICI)算法描述平滑過(guò)程，用于構(gòu)建該物理模型以確保得到一個(gè)平滑連續(xù)