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激光治疗肝癌的治疗计划系统基础研究

作　者: 王旭
导　师: 李迎新；李智华
学　校: 天津医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 治疗计划蒙特卡罗光子分布激光能量传输肝组织三维重建
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目的：针对肝癌的激光治疗计划系统的设计就是为了通过合理的激光探针布局,使激光照射能够很好的包络肝癌组织而减小对正常组织的损伤。在肝癌治疗的过程中,需要知道激光对其的损伤程度,来选择合适的激光能量进行治疗,目前很难通过临床直接测量方法求出激光对组织的损伤范围及激光能量在生物组织内的分布规律。因此常常采用数值模拟的方法进行分析,蒙特卡罗方法,即用统计学的方法来分析激光光子在肝组织中的传输规律,建立组织中的光剂量数学模型,探讨激光照射对于肝组织的损伤情况,为激光疗法治疗肝癌确定合适的能量,为下一步研究激光治疗癌症的治疗计划系统做好组织光学方面的准备。利用可视化开发包(VTK)将计算机断层扫描(CT)图像合成三维立体图像,使医生能够在三维的视野中对病变组织进行更好的分析,实现图像的三维可视化,以有利于更好地制定肝癌患者的治疗方案。方法：采用蒙特卡罗方法,建立不同光学参数下正常组织和肝癌组织的组织剂量数学模型,利用光子传输理论计算光子传输过程中的所遇到的各种情况,采用VRMC技术逐个计算大量光子迁移轨迹,统计嵌于正常组织和肿瘤组织中的光子宏观能量分布。建立基于VC6.0平台上的VTK可视开发环境,获取患者的DICOM格式的CT图像,采用VTKfilter滤波器和拉普拉斯锐化模板对图像进行滤波、增强等预处理,利用光线投影Ray-Casting算法对图像进行三维重建。结果：通过蒙特卡罗模拟得到光损伤随组织深度的增加呈指数衰减的结果,且光子在组织边缘会形成第2个峰值。组织损伤是阈值过程,每条剂量曲线可被视为阈值曲线,损伤程度随距离的增加呈指数衰减。采用蒙特卡罗方法模拟激光在肝组织中的传播,得到了激光光子在肝肿瘤组织中的分布规律,以及不同能量和时间照射下激光对肝组织的损伤程度,推算出最佳的照射时间和照射能量。利用VTK方法对肝组织CT图像进行三维重建,重建后的图像,分辨率较高,重建速度快,且可进行切割、旋转、缩放等功能。结论：根据不用组织的组织光学参数的不同,光子在不同组织的交界处其堆积程度会形成明显的增加,其能量分布在边缘也会有一定的增强。由此可得,利用激光对肝癌进行照射在癌组织边缘激光对组织的损伤程度有明显的增加,根据损伤来分辨出癌组织的范围比常规用肉眼来观察更能准确的确定病变组织的范围和大小。结果表明,适量光照强度能引起浅薄全面的肿瘤组织光损伤,深层光损伤伴随正常组织损伤,其损伤程度随距离的增加而减小。激光对组织损伤作用以热损伤为主,最佳功率6-8 W,最佳时间8-10 min,最大损伤范围直径在20 mm左右。基于VTK的光线投影算法可用于对人肝组织的三维重建,有利于医生直观地观察病变组织的形状和位置,为诊断和治疗提供依据。VTK软件可以实现直观的对三维图像进行分割等处理,这对于后期研究激光探针的合理布局有很大的帮助。

激光治疗肝癌的治疗计划系统基础研究

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