基于聯(lián)合剛性懲罰項的梯度形變配準算法研究.pdf

1、圖像引導放療（Image-Guided Radiotherapy，IGRT）目前已經(jīng)被廣泛應用于臨床放療中，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)呼吸運動等不利因素對放療精度造成的不利影響。醫(yī)學圖像處理技術是IGRT系統(tǒng)里的關鍵技術，包括圖像配準、圖像分割，圖像融合等。應用醫(yī)學圖像技術來解決臨床放療中的不利因素，優(yōu)化放療計劃，提高自適應放療精度是目前國內(nèi)外眾多專家學者研究的一個熱點。
　　本文主要

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

3、研究過程，主要包含以下的研究工作：
　　（1）剛性懲罰項的研究。在臨床醫(yī)學圖像中，往往只包含兩種結(jié)構(gòu)，剛性結(jié)構(gòu)和形變結(jié)構(gòu)。在進行形變配準時，有些不能模擬不同類型組織結(jié)構(gòu)特性的形變配準算法可能會導致剛性結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。在本文中，設計一個局部剛性懲罰項，來防止骨骼等剛性結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。應用梯度向量場來表示形變域，設計一個快速算法，與不受約束的形變配準進行對比。在臨床胸部CT數(shù)據(jù)上進行評估，結(jié)果表明應用剛性懲罰項的形變配準既保持了形變配準的

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