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先验图像约束的4D显微CT图像重建方法
4D显微CT成像提供了活体动态成像信息,是一种新型、高效的疾病监测手段.为解决传统呼吸、心电门控技术和重建方法扫描时间长、成像剂量大以及图像运动伪影、信噪比低等缺陷,本文提出了一种将回顾性门控技术与先验图像约束的压缩感知重建算法(Prior Image Constrained Compressed Sensing,PICCS)相结合的4D显微CT扫描及重建方法.该方法利用了回顾性门控技术,通过显微CT的连续多圈扫描,提取小动物呼气阶段末相位的投影数据,并将其重建结果作为先验图像,再利用PICCS算法重建各心电相位下的数据,终得到4D CT重建图像.小鼠成像实验结果表明,该4D CT重建方法能够得到无条状伪影的高质量重建结果,在均方误差(MSE)和峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)指标上均优于FDK和OSART算法.实现了快速扫描的同时,弥补了传统回顾性门控方法重建质量不足的缺陷,在扫描时间和重建质量上均优于其他方法.
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Philips公司Brilliance CT Big Bore大孔径4DCT常见故障及处理方法
以实例方式介绍Philips公司Brilliance CT Big Bore大孔径4DCT扫描时几类常见的故障现象及其处理方法.
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4DCT图像二维配准与三维配准的区别
从4DCT图像中提取吸气末和呼气末两个相位的断层图像,首先应用Elastix工具包对两个相位的图像逐层进行二维B样条弹性配准,然后结合VTK和 Elastix工具包对它们进行三维B样条弹性配准,配准算法与二维相同,只是维数不同,比较二维和三维配准的差异.研究表明,4DCT图像配准宜采用三维弹性配准,其结果更符合呼吸变化规律.
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影响肺癌SBRT肿块运动幅度的因素及进行4DCT扫描的必要性研究
目的 基于四维CT(4DCT)扫描得到的不同时相图像,以期探讨进行立体定向体部放射治疗(SBRT)时进行4DCT扫描的必要性以及常规扫描的可行性.方法 收集2016年4月—2017年7月,19例拟进行SBRT的早期肺癌患者.分析所有患者10个时相胸部4DCT图像,得到呼吸频率;筛选出吸气末和呼气末图像,两者相减计算膈顶运动幅度;确定肿块的解剖位置、和胸壁粘连情况.分别得到肿块头脚、左右、腹背侧大运动幅度,并求出肿瘤体积的变化.应用SPSS 16.0软件处理,寻找影响肿块三维方向运动因素,对于年龄、KPS评分、呼吸频率、膈顶运动幅度采用Spearman相关分析;对于性别、肿瘤部位、是否和胸壁粘连采用秩和检验.对单因素分析中差异有统计学意义的因素进行Logistic多元回归分析.结果19例患者肿块头脚、左右和腹背方向运动幅度分别为(3.32±2.67)mm,(0.21±0.33)mm,(0.20±0.18)mm.单因素分析结果:肿瘤部位、膈顶运动幅度影响肿块头脚运动幅度(P<0.05).所有因素对于左右和腹背方向运动幅度影响差异无统计学意义.多因素回归分析提示:肿块部位(P=0.001)、膈顶运动幅度(P=0.006)影响肿块运动幅度差异有统计学意义.肿块运动幅度与肿块部位、膈顶运动幅度具有相关性.结论 呼吸运动主要影响肿块的头脚方向运动,对腹背、左右方向运动可不考虑.位于肺上叶、和胸壁粘连的肺癌患者可不考虑肿块运动、肿瘤体积变化,可进行基于常规CT扫描的SBRT治疗.位于肺中叶和下叶的肿瘤进行SBRT治疗,采用4DCT扫描具有必要性.
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肺部肿瘤基于大密度投影图像和四维CT勾画的内靶区差异性分析
目的:基于不同部位的肺部肿瘤患者四维CT(4DCT)图像,比较大密度投影图像(MIP)与4DCT图像勾画肺部肿瘤的体积和形状差异.方法:选择肿瘤分别位于肺部中央、靠近胸壁胸椎、紧邻血管、肝脏与心脏或者淋巴结转移并伴随肺不张患者共12例,在平静呼吸状态扫描得到4DCT图像.MIM软件对4DCT图像进行处理得到MIP图像和平均密度投影图像(AIP).由同一位医生在4DCT的10个呼吸时相图像依次勾画靶区GTV0％、GTV10％、……GTV90％,再合成内靶区(ITV4D);同时分别在MIP图像和AIP图像勾画ITVMIP和GTVAIP.读取ITVMIP与ITV4D的体积及质心坐标,计算ITVMIP与ITV4D的相似性系数(Dice)以及豪斯多夫距离(Hausdorff)大值.结果:靶区在肺中央或者靠近胸壁的7位患者,靶区体积比(VMIP/V4D)与Dice系数均大于或约等于0.9,两者差值的平均值为0.06.Hausdorff距离大值、质心位移平均值分别为3.2和0.65 mm.靶区紧邻血管、心脏瓣膜、肝脏或者伴随淋巴结转移及肺不张的5位患者,靶区体积比与Dice系数平均值分别为0.85和0.80,两者差值的平均值为0.13.Hausdorff距离大值、质心位移平均值分别为9.4和3.0 mm.结论:对于边界清晰的肺部肿瘤,MIP图像和4DCT勾画的ITV相近.肿瘤周围有等密度组织时,MIP图像和4DCT图像勾画靶区差异较大.
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4DCT下肺癌大体肿瘤的变化及相关因素分析
目的:采用4DCT (Four-Dimension-Computed Tomography)分析肺癌大体肿瘤靶区体积(GTV)的位置和体积变化特性,及与位置和体积变化相关的因素 方法:采用Siemens Sensation Open 24和腹压力传感器作为数据采集设备,采集入组患者的CT数据将1个呼吸周期等分成10个时相点重建采集到的CT数据,传至Pinnacle TPS工作站,进行GTV的界定考察GTV质心的位置和GTV的体积随呼吸周期的变化情况,和横膈顶的Z轴坐标(Z')与GTV质心的Z轴坐标的关联情况.结果:GTV的质心变化范围为:0.5 ～ 6.8 mm(X坐标),1.0～ 8.2 mm(Y坐标),2.0～ 18.0 mm(Z坐标);GTV的体积变化可达45.7％入组的10例病人中,有5例病人GTV质心变化呈现出近似的周期性变化,另外5例病人GTV质心的某些坐标变化呈现出近似的周期性变化.GTV体积不随呼吸呈现出周期性的变化横膈顶的Z轴坐标(Z')与GTV质心的Z轴坐标并不直接关联.结论:GTV质心的位置和体积随呼吸并不一定呈周期性改变,横膈顶不能作为GTV质心的Z轴坐标变化的参考.
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基于4DCT的腹部器官呼吸运动分析
背景与目的:个体化准确测量器官的呼吸移动度是确定腹部肿瘤体内边界(internal margin,IM)的前提.本研究应用4DCT(four-dimensional computed tomography)测量腹部器官在三维方向的呼吸移动度,并进一步分析膈肌与各器官移动度的关系.方法:选择13例肝癌患者行4DCT扫描,其中5例患者合并腹主动脉旁淋巴结转移.在10个呼吸时相的CT图像中分别勾画不同的器官,包括肝脏、双肾、胰腺、脾及腹主动脉旁淋巴结.在4DCT中测量膈肌及腹部各器官在三维方向的呼吸移动度,并分析膈肌移动度与各器官移动度是否相关.结果:膈肌在头尾方向的移动度为(10.3±4.0)mm,个体差异明显.肝、左右肾脏、胰腺、脾、腹主动脉旁淋巴结在头尾方向的移动度分别为(10.1±3.9)mm、(9.3±2.9)mm、(9.6±4.1)mm、(7.6±3.0)mm、(10.6±3.3)mm、(5.7±1.8)mm.肝脏、右肾的移动度与膈肌移动度无明显差异,且呈高度线性正相关关系:左肾、胰腺、脾的移动度与膈肌动度无明显相关:双侧肾脏的移动度相仿,但一侧肾脏的运动度并不能预测对侧肾脏的运动度.结论:应用4DCT可准确测量腹部器官在三维各方向的呼吸运动度.膈肌移动度可以代表肝脏和右肾头尾方向的运动度,而腹主动脉旁淋巴结的移动度相对较小.
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Demons算法在四维CT图像配准中的应用
南呼吸运动引起的器官的运动及形变是4D精确放射治疗中主要的误差来源.利用4D CT图像和配准技术来分析不同呼吸时相中组织、器官的形变是目前研究的热点.目前常用的研究方法是基于形变模型的3D配准算法.基于光流场的Demons算法具有速度快和精度高的特点,本文将其应用到4D CT图像配准中,并在原始图像形变力的计算中引入了对称梯度.实验结果表明,结合对称梯度的Demons方法具有更快的收敛速度,而且匹配误差小.
