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医学图像融合在前列腺癌调强放疗靶区勾画中的应用研究

作　者: 胡玉兰
导　师: 徐海荣
学　校: 南方医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 前列腺肿瘤体层摄影术,X线计算机磁共振成像图像融合
分类号: R737.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来医学影像技术飞速发展,各种新型的医学影像设备不断涌现,不同影像设备获取的不同模态的医学图像为临床医生提供了各种直观、丰富的患者信息。然而由于成像原理有区别,不同模态各种医学图像在反映人体信息上各有侧重点,各有自己的优势与局限性,通过单一模态的医学图像很难得到关于患者的全面信息。医学图像融合就是把图像融合技术应用到医学图像上来,通过整合来自同一部位不同影像设备的医学图像的信息得到同一部位的更直观、更全面、更可靠的新图像。融合得到的新图像在疾病的诊断、治疗、判断预后、观察疗效等方面都具有十分重要的作用。本文介绍了医学图像配准融合的研究背景、研究意义以及国内外研究现状,并且详细阐释了医学图像配准融合的概念和基础理论,包括图像配准融合的方法、分类、配准融合的步骤等。最后,着重介绍了后面要用到的归一化互信息算法。近年来随着我国老龄化问题的加剧,前列腺癌在我国的发病率呈明显上升趋势。放射治疗作为前列腺癌重要治疗方式之一在提高前列腺癌患者生存率、延长生存时间、减轻晚期患者痛苦等方面有着不可替代的作用。前列腺附近解剖结构复杂,上邻膀胱、后邻直肠。由于膀胱和直肠的限制,常规照射时,照射剂量一般不能大于70Gy。三维适形放疗(Three-Dimensional Conformal Radiotherapy,3D-CRT)和调强放疗(Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT)技术的出现打破了这一现状,在提高靶区照射剂量的同时,保护了周围的正常组织直肠和膀胱。自三维适形放疗和调强放疗出现后,一直是前列腺癌放射治疗的主要方式。本文从靶区的确定、照射剂量和疗效、毒副作用等方面对前列腺癌的三维适形和调强放疗进行对比分析研究。为了达到精确治疗的目的靶区确定还考虑到了前列腺的内在移动、摆位误差和治疗体位等。研究还发现患者体位选择对疗效也有一定影响,且放疗时采用体模固定技术可以最大限度地减少摆位误差。通过多方面对三维适形放疗和调强放疗在前列腺癌治疗中的应用对比研究发现调强放疗较三维适形放疗在提高放疗疗效、保护直肠和膀胱、降低其毒副作用等方面具有明显优势。不管何种放疗方式仰卧位比俯卧位更具优势。研究发现在保证正常组织不受过高剂量的前提下,提高靶区剂量可明显提高放疗疗效。提高靶区剂量的一个有效途径就是提高靶区勾画的精确性。目前,前列腺癌靶区勾画一般都是在CT图像上进行,CT对骨骼等密度较大的组织分辨率比较高,对软组织的分辨率欠佳。前列腺周围存在众多软组织,解剖结构复杂,单纯用CT图像很难精确勾画靶区。而MRI对软组织的分辨力强,MRI图像上前列腺与周围软组织的边界清晰,在判断病变组织与正常组织的关系上更具优势。因此,考虑将CT-MRI融合图像用于前列腺癌靶区确定,本研究对30例前列腺癌患者进行了CT图像,CT-MRI融合图像靶区勾画比较,并比较了调强放疗计划中使用CT-MRI融合图像与单纯使用CT图像时正常组织受照剂量变化。目的：探讨CT-MRI融合图像在前列腺癌调强放射治疗靶区勾画中的应用及对正常组织受照剂量的影响。方法：用CT模拟定位机对30例病理证实的中高危局限期前列腺癌患者行CT扫描,获取CT图像,再对每位患者进行MRI图像采集。CT和MRI图像采用ADAC公司Syntegra1.2b中的自动配准软件自动配准后传入Pinnacle放疗计划系统进行图像融合。由一位高年资医师分别在CT图像和CT-MRI融合图像上逐层勾画靶区(前列腺+精囊)和直肠、膀胱等危及器官。分别对基于CT图像和基于CT-MRI融合图像勾画的靶区做调强放疗计划,比较两种计划中勾画靶区(前列腺+精囊)体积差异、直肠和膀胱受照体积差异。结果：CT图像和CT-MRI融合图像上勾画的靶区(前列腺+精囊)体积分别为71.12、60.26cm3(t=2.432,=0.021)。基于CT图像和CT-MRI融合图像的两种计划中直肠V50、V55、V60、V65、V70、Dmean别为32.84%和29.21%(t=2.256,P=0.032)、26.27%和22.73%(t=2.421,P=0.022)、20.47%和17.39%(t=2.643,P=0.013)、15.99%和12.91%(t=2.821,P=0.009)、11.40%和9.14%(t=3.142,P=0.004)、36.42Gy和34.55Gy(t=2.246,P=0.032)；膀胱V70、Dmax分别为10.85%和8.81%(t=2.460,P=0.020)、75.31Gy和74.89Gy(t=2.356,P=0.025)。结论：CT-MRI融合图像上勾画的前列腺癌靶区(前列腺+精囊)体积比CT图像上勾画的小,基于CT-MRI融合图像勾画靶区制定的调强放疗计划比单纯基于CT图像的可明显减少受较高剂量照射的直肠体积。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 背景和研究意义  11-13
  1.2 医学图像配准与融合研究进展  13-14
  1.3 前列腺癌放射治疗进展  14-18
第二章医学图像配准融合技术基础  18-30
  2.1 医学图像配准  18-26
    2.1.1 医学图像配准的概念  18-19
    2.1.2 医学图像配准的分类  19-21
    2.1.3 医学图像配准中用到的空间几何变换  21-23
    2.1.4 医学图像配准的一般过程  23-26
  2.2 医学图像融合  26-29
    2.2.1 医学图像融合的概念  26-27
    2.2.2 医学图像融合的分类  27
    2.2.3 医学图像融合的一般步骤  27-29
  2.3 基于归一化互信息的医学图像配准  29-30
第三章前列腺癌的三维适形和调强放射治疗  30-43
  3.1 靶区确定  30-35
    3.1.1 GTV(Gross Target Volume)和CTV(Clinical Target Volume)  30-31
    3.1.2 ITV(Internal Target Volume)和PTV(Planning Target Volume)  31-34
    3.1.3 邻近器官的的耐受放疗剂量  34-35
  3.2 照射剂量和疗效  35-38
    3.2.1 提高放疗剂量与前列腺活检阳性率的关系  35-36
    3.2.2 放疗剂量与生存率的关系  36-38
  3.3 放疗的毒副反应  38-41
    3.3.1 胃肠道和泌尿系统毒副反应  38-41
    3.3.2 性功能障碍  41
  3.4 本章小结  41-43
第四章 CT-MRI融合图像在前列腺癌调强放疗靶区勾画中的应用  43-49
  4.1 材料与方法  43-45
    4.1.1 一般临床资料  43
    4.1.2 CT和MRI图像获取及融合  43-44
    4.1.3 CTV的勾画及调强放疗计划设计  44-45
    4.1.4 统计方法  45
  4.2 结果  45-47
    4.2.1 CT和CT-MRI融合图像上勾画的CTV体积  45-46
    4.2.2 直肠和膀胱的受照剂量  46-47
  4.3 讨论  47-49
参考文献  49-57
攻读硕士期间成果  57-58
致谢  58-60

医学图像融合在前列腺癌调强放疗靶区勾画中的应用研究

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