家兔呼吸运动调节实验的改进

本文介绍用压力换能器替代张力换能器可以更加直观的记录呼吸运动曲线的改进。     

基于二维超声- 三维 CT 配准的肾脏穿刺定位方法可行性研究

医学影像引导的经皮肾穿刺手术是经皮肾镜取石术中建立手术通道的重要手段,高质量的 实时医学图像可以提高术中穿刺精度,减少手术风险。针对自由呼吸下经皮肾穿刺靶点的导航定位问 题,该研究提出了一种基于术中二维超声-术前三维 CT 实时配准的肾脏穿刺定位方法。首先对肾脏轮 廓特征的二维超声图像和三维 CT 图像进行由粗到精的快速配准,然后通过超声探头标定,将配准融合 后的图像注册到手术空间,实现穿刺靶点的实时定位。人体腹部模型实验结果表明,超声探头标定均 方根误差为 0.998 mm,二维超声和三维 CT 数据配准误差为 0.709 mm,平均配准运算时间为 1.15 s,最 终的平均定位误差为 2.265 mm。     

PET/CT显像中呼吸运动对肺结节SUV的影响及其校正

目的 :研究正电子发射断层/计算机断层(PET/CT)显像中呼吸运动对肺阳性病灶标准摄取值(SUV)的影响及校正方法。方法:用模型模拟呼吸运动进行PET/CT显像,研究呼吸运动对阳性球状灶SUV的影响,提出数学校正方法,并通过临床病例分析进行验证。结果:与静止时PET图像比较,呼吸运动时采集的阳性球状灶SUV降低,但体积(VPET)相应增大,而其内的总放射性(TR=SUV平均×V)保持不变。临床上,PET所示病灶为呼吸运动叠加的结果,而高速多排螺旋CT所示的病灶体积(VCT)与真实体积比较接近,因此建立了通过公式SUV校正=(SUV测量×VPET)/VCT进行校正的方法。结论:PET/CT显像中肺结节的SUV因呼吸运动而被低估,可通过所建简便方法进行校正。     

基于C 臂的三维追踪和定位方法综述

基于 C 臂的三维追踪和定位方法的研究主要通过预测算法来实现。文章主要介绍了现行一些主流的由于呼吸运 动引起目标位置不规律变化的预测算法。并对整个预测算法做了归纳和总结,此外,还讨论了它的发展趋势。     

PET/CT成像呼吸运动B样条校正

PET/CT成像中的人体呼吸运动会造成图像运动模糊,会严重影响图像质量,对医生的诊断造成影响。目前常用的呼吸门控技术能够在一定程度上改善图像质量,但是均存在其局限性。提出了一种基于CT图像提取呼吸运动特征的B样条方法,对呼吸运动图像进行校正。在PET/CT上获取与PET图像周期匹配的CT图像序列,通过B样条配准方式对在呼吸周期内的CT图序列像提取运动信息;对CT图像所匹配的PET图像做基于运动特征信息的校正变换进行运动校正。几何位移形变和像素人体模实验结果表明,提出的方法对PET/CT呼吸运动图像质量改进明显,具有研究价值。     

肝肿瘤微波消融手术机器人

微波消融是治疗肝肿瘤的一种有效方法。针对该手术存在的问题,本文介绍辅助医生实现穿刺消融针的精确定位和稳定扶持的肝肿瘤微波消融手术机器人,给出了系统的总体构架,并对超声图像处理、机构综合与优化和控制系统等方面进行了详细介绍。通过动物实验,验证了机器人的有效性。最后探讨微波消融手术机器人系统存在的问题,给出了进一步研究的方向。     

基于分步子空间映射的无标记膈肌运动预测算法

呼吸会引起体内器官和肿瘤的运动, 这会显著影响放射治疗的过程和效果. 人体内部膈肌和胸腹部外表面是当前两种与呼吸系统高度相关的结构, 本文对其进行系统研究, 提出了一种新的分步子空间映射(Two-step subspace mapping, TSSM)算法, 通过对体外胸腹部表面的测量, 来预测体内膈肌的运动. 首先采用三维图像分割技术对4D CT图像进行分割, 在不使用标记物的情况下, 准确测量体内膈肌和体外胸腹部表面的位移. 为了解决跨空间的预测问题, TSSM首先构造特征子空间, 并将膈肌数据和胸腹外表面数据分别映射到各自的子空间中, 以减少数据的相关性和冗余信息; 然后通过线性岭回归优化过程, 对两个子空间进行二次映射, 从而有效地捕获跨空间数据之间的相关性. 根据训练得到的相关模型, 通过体外胸腹部外表面的运动情况, 对体内膈肌的运动情况进行准确的预测. 为了研究数据之间的非线性关系, 进一步将TSSM推广到了基于核的TSSM (kTSSM)算法. 实验表明, 该方法可以根据腹腔外表面的运动情况, 准确地对体内膈肌位移进行预测, 优于经典的线性模型和ANN模型. 给出了优化算法的解析解, 其运算速度快, 将有助于提高放射治疗中门控技术和跟踪技术的效率和精度.     

4D CT图像的肺部呼吸运动估计

四维计算机断层扫描(Four-dimensional computed tomography,4D CT)通过对病人多个呼吸周期进行连续扫描,可以提供肺部全方位的动态信息,对肺部肿瘤的诊断、跟踪和放疗具有重要的作用.本文提出了一种基于B样条形变模型的四维图像配准算法对病人肺部的呼吸运动进行估计.为了充分利用4D CT的时间连贯性信息,保证4D CT配准的稳定性,定义了一个新的图像相似性测度函数,并采用迭代的方法对变形场进行优化求解.实验中,通过和成对三维B样条配准算法进行对比来验证本文算法性能.实验证明:所提的4D CT形变配准算法更加精确和稳定,配准精度可以达到1.22±0.74 mm.最后作为应用,对7位病人吸气末相位到呼气末相位的呼吸运动进行估计,并给出了统计结果.     

普通摄像机图像引导的放射治疗技术

图像引导放疗是精准放疗的关键点之一,常规利用X射线的图像引导技术在使用时会带给患者额外的辐射剂量,因此本文研究了一种没有任何副作用的普通摄像机图像引导放疗的技术。将3台普通摄像机安装在实验室内,获取摄像机实时图像,通过设计的自适应背景剔除算法删除图像背景获取感兴趣区域(ROI),在ROI图像内使用本文改进的ORB角点提取配准算法获取患者实时摆位信息,引导并验证患者摆位。设计光学图像提取患者呼吸信号算法引导运动器官肿瘤的治疗。将一套放疗用热塑膜固定的仿真体模放置在实验室中模拟患者治疗,通过多次测试,证明了本技术患者摆位偏移量精度为1mm和1°。通过一套呼吸运动模拟装置测试本文设计的呼吸运动信号提取算法,获得的呼吸运动信号和设定的信号在时间和幅度上达到96%以上的符合度。通过实验室内体模的测试,本技术基本满足图像引导放疗的技术要求。     

Image quality of cone beam CT on respiratory motion

In this study, the influence of respiratory motion on Cone Beam CT (CBCT) image quality was investigated by a motion simulating platform, an image quality phantom, and a kV X-ray CBCT. A total of 21 motion states in the superior-inferior direction and the anterior-posterior direction, separately or together, was simulated by considering different respiration amplitudes, periods and hysteresis. The influence of motion on CBCT image quality was evaluated with the quality indexes of low contrast visibility, geometric accuracy, spatial resolution and uniformity of CT values. The results showed that the quality indexes were affected by the motion more prominently in AP direction than in SI direction, and the image quality was affected by the respiration amplitude more prominently than the respiration period and the hysteresis. The CBCT image quality and its characteristics influenced by the respiration motion, and may be exploited in finding solutions.