应用图像配准技术推衍肺部四维计算机断层摄影技术剂量分布的可行性分析

目的分析应用图像配准技术推衍肺部四维计算机断层摄影技术（4DCT）剂量分布的可行性。方法从10例肺癌患者的4DCT图像中提取出呼气末和吸气末两个相位的图像，首先在呼气末图像上设计调强放疗（IMRT）计划，得到剂量DOUT，然后将此计划移植到吸气末，重新计算剂量，得到移植剂量DIN，接着，2个相位的图像进行三维B样条弹性配准，通过形变矢量场将DOUT映射到吸气末图像，得到推衍剂量DDEF，最后，以DIN为基准剂量，γ（3cm／3％）分析A组（DOUT vs DIN）和B组（DDEE vs DIN）的通过率，并对两组的通过率作配对样本t检验。结果在10例患者中，两组的γ分析通过率差异均有统计学意义（P〈0．05），且B组的平均通过率比A组多0．6％-4．7％，推衍剂量DDEF与DIN之间的差距小于DOUT与DIN之差。结论应用图像配准技术推衍肺部4DCT的剂量分布是可行的。推衍剂量与实际准确剂量之间的差距主要受个体化的呼吸运动幅度和应用不同的形变配准算法的影响。

基于回顾性心电门控计算机断层摄影四维数据采集和结构化稀疏算法的心脏容积时间关系研究

本文拟研究心脏全心动周期各房室容积与时间的关系,用于指导动态心脏体模的运动测控。本课题组共筛选50例试验对象以回顾性心电门控技术采集20个时相的心脏计算机断层摄影造影(CTA)图像,利用心功能分析软件测量心脏全心动周期各房室容积值。将患者按照性别、年龄、体重、身高、心率等因素分组,采用重复测量设计方法进行统计学分析,利用结构化稀疏算法拟合容积时间关系的数学表达式。研究结果显示,以性别、年龄、体重、身高和心率分组,在时间点上各房室容积值的差异均具有统计学意义(P=0.000);时间因素与性别分组在左心室存在交互作用(F=8.597,P=0.006),其余分组与时间因素不存在交互作用;右心室在不同体重分组之间容积值的差异具有统计学意义(F=9.004,P=0.005),其余各分组之间容积值的差异均无统计学意义。其次,以结构化稀疏算法与最小二乘法拟合的心脏各房室容积时间关系式的准确度相当,但前者拟合结果的表达式更简洁,其基函数的非零元个数仅为最小二乘法的2.2%,且鲁棒性测试表明,拟合结果鲁棒性可靠。基于本文以上研究结果提出,若将拟合关系式用于心脏运动测控或能更准确模拟动态心脏的运动规律,为动态心脏体模运动仿真的测控装置研究奠定了一定的理论基础。

基于弹性配准的肺4D-CT中间相位图像重建

针对肺四维计算机断层摄影(4D-CT)数据获取时辐射剂量高的缺点,提出了一种基于弹性配准的肺4DCT中间相位图像重建方法,利用已知的两个特殊呼吸相位图像,重建出其他中间呼吸相位图像。其具体过程是:选择呼吸周期内的两个相位图像分别作为参考图像和浮动图像,首先用Active Demons配准方法估计出两个相位图像间的运动位移场;然后根据呼吸运动过程的线性假设,相应地求出浮动图像到中间相位图像的运动位移,继而重建出中间相位图像。实验结果表明,重建出的中间相位图像不仅在视觉上与真实图像非常接近,而且用标记点方法量化评价的平均误差也在3 mm内。所提基于弹性配准的重建方法能较准确地重建出肺4D-CT中间相位图像。

基于图像自相似性的多尺度稀疏表示肺4D-CT图像超分辨率重建

针对肺四维计算机断层摄影(4D-CT)数据层间分辨率远低于层内分辨率的各项数据异性问题,提出一种基于图像自相似性的多尺度稀疏表示超分辨率重建方法,用以提升肺4D-CT图像的分辨率。所提出的方法通过探索验证肺4D-CT数据横断面与冠矢状面图像的自相似性,以横断面图像代替冠矢状面图像,组成高分辨率和低分辨率图像块对,构建训练集;引入多尺度策略,根据四叉树原理划分得到不同尺度的图像块,训练得出全局多尺度字典,以捕获更多肺部解剖结构特征;通过稀疏表示超分辨算法重建得出冠矢状面的高分辨率图像。利用仿真数据和真实数据对提出的算法进行实验验证,量化评价与视觉效果均体现本研究算法在提升图像清晰度以及改善图像细微结构显示质量方面的优越性,同时还可有效避免对算法精度及耗时产生影响的运动估计过程。