HDR后装治疗CT图像至IMRT+CT图像变形配准算法研究
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・２０９・
・物理・生物・技术・
ＨＤＲ后装治疗ＣＴ图像至ＩＭＲＴ ＣＴ图像 变形配准算法研究
甄鑫陈海斌
【摘要】
肖阳
胡洁周凌宏
目的研究将高剂量率（ＨＤＲ）后装治疗ｃＴ图像至ＩＭＲＴ的ｃＴ图像变形配准及剂量
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】０ｂｊｅｃｔｉｖｅ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｄｅｆｌａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ｉｓ
Ｔｏ
ｓｔｕｄｙ
ａ
ｉｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｔｈｅｒａｐｙ（ＩＭＲＴ）ＣＴ
ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｏｓｅ—ｒａｔｅ ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ（ＨＤＲ）ＣＴ ｉｍａｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｏｓｅ
Ｚｈｅｎ Ｘｉｎ，Ｃｈｅｎ
Ｈａｉｂｉｎ，Ｘｉａｏ‰昭，Ｈｕ
ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ
Ｍｅｄｉｃａｌ
wenku.baidu.com
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０５１５，Ｃｈｉｎａ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｚｈｏｕ Ｌｉｎｇｈｏｎｇ，Ｅｍａｉｌ：ｓｍａｒｔ＠ｓｍｔｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
的，即一幅图像上的点总能在另一幅图像上找到。如
Ｆ，Ｗｏｎｇ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ａｄａｐｔｉｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ［Ｊ］．
Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ
ＢｉｏＩ，１９９７，４２（Ｉ）：１２３—１３２，
ＧＥ，Ｃａｒｌｓｏｎ Ｂ，Ｃｈａｏ ＫＳ，ｅｔ ａ１．Ｉｍａｇｅ—ｂａｓｅｄ ｄｏｓｅ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔａｒｙ ｂｒａｅｈｙｔｈｅｒａｐｙ：ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｒｉａｌ・ ｏｆ
［２］Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ
ｐｌａｎｎｉｎｇ
ｉｍａｇｉｎｇ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ａｎａｔｏｍｉｃ Ｒａｄｉａｔ Ｏｎｃｏｌ Ｂｉｏｌ
ｔｅｍｐｌａｔｅｓ［Ｊ］。Ｉｎｔ Ｊ Ｐｈｙｓ，２００１，５１（１）：２２７－２４３．
ｉｍａｇｅ
［３］７Ａｇｏｓｔｉｎｏ
ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ
缩变形场对图２ｃ进行收缩变形后得到ｃＴ徽”“图像
（图２Ｇ），收缩变形后的ＨＤＲ剂量分布叠加在其上 （图２Ｈ）。可见经分割和收缩变形后施源器及其上 的剂量已被移除。然后，利用Ｄｅｍｏｎｓ算法对
域（图２Ｌ箭头）。其余４例患者也得到了类似实验结
果。本文算法是利用ＣＵＤＡ语言在图形处理器ＧＰＵ 中编程实现，运行时间约为１５ Ｓ，其中施源器区域收 缩变形约需时５ ｓ，Ｄｅｍｏｎｓ变形配准约需时１０ 讨 论
ｃＴＮⅣｏＤＡＲｐｐ；２Ｄ：Ｍａｓｋ；２Ｅ：收缩变形场示意图；２Ｆ：Ｍａｓｋ，Ⅻ“…；２Ｇ：ｃＴ燃”。；２Ｈ：ｃＴｄ…ｅｆｌ．ａ、ｔ“及收缩变形后的剂量分布；２Ｉ：ｄＣＴｕｏＲ及其剂量分布；２Ｊ
ｄＣＴⅣＤＲ上的剂量和ＩＭＲＴ剂量累加后叠加在ＣＴＩＭＲＴＪ２；２Ｋ：ｄｃＴ栅”及其剂量分布；２Ｌ：ｄｃＴ；嚣３剂量和ＩＭＲＴ剂量累加后叠加在ＣＴＩＭＲＴ３２）
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】
Ｈｉｇｈ—ｄｏｓｅ—ｒａｔｅ
ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ；
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
ｍｏｄｕｌａｔｅｄ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｔｈｅｒａｐｙ；Ｄｏｓｅ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ
ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
图像变形配准是ＡＲＴ的一项关键技术‘１｜。宫 颈癌放疗中ＨＤＲ内照射计划ＣＴ图像含有施源器， 而常规ＩＭＲＴ外照射计划ＣＴ图像不包含施源器。
Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｆｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｏｓｅ－ｒａｔｅ ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ
ＣＴ ｉｍａｇｅ ｔｏ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌｉｅ，Ｚｈｏｕ Ｌｉｎｇｈｏｎｇ．
ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ＣＴ ｉｍａｇｅ
Ｓｃｈｏｏｌ
域为０。三维高斯核函数咖。＝（２７ｒ６２）‘１ｅ一１厂，它
是一个大小为１７×１７×１７的三维矩阵，６其中取经 验值４。收缩变形场的示意图如图２Ｅ所示，收缩变 形后的掩膜Ｍａｓｋ州如刚如图２Ｆ所示。利用得到的收
配准ｃＴ。。。和ｃＴｍ，图像，变形配准后的ｃＴ。。。及其 剂量分布如图２Ｋ所示。由于施源器存在，变形配 准并没有消除计算在其上的剂量分布（图２Ｋ箭 头）。如果直接将变形配准后的ＨＤＲ剂量累加在 ＩＭＲＴ剂量上，会出现一个严重剂量误差的高剂量区
万方数据
２１２・
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问变换，将一幅图像（浮动图像）的解剖结构变形到
精确累加与评价。
参考文献
［１］Ｙａｎ
Ｄ，Ｖｉｃｉｎｉ
另一幅图像（参考图像）上。目前变形配准算法可 分为基于物理模型变形配准算法，如基于线性弹性 模型的、流体力学模型的、光流场模型的；也有基于 数学函数的变形配准算法，如基于小波变换的、薄板 样条函数或Ｂ样条函数的、调和函数等。但几乎所 有这些算法都基于假设两幅图像上点是一一对应
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｄ Ｉｍａｇ Ａｎａｌ，２００３，７（４）：５６５－５７５． ［５］Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ ＧＥ，Ｒａｂｂｉｔｔ ＲＤ，Ｍｉｌｌｅｒ ＭＩ．Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｉｍａｇｅ
仉ｅ
ｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ
ＨＤＲ ｄｏｓｅ．Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ＨＤＲ ｄｏｓｅ ｉｓ ｔｈｅｎ ａｄｄｅｄ Ｒｅｓｕｌｔｓ
ｏｎ
ｔｈｅ ＩＭＲＴ ｄｏｓｅ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄｏｓｅ．
ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｄｏｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ。ｆｒｏｍ ｆｉｖｅ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｃａｎｃｅｒ ｐａｔｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｇｅｔ ｒｉｄ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｅ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄｏｓｅ．
ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅｄ．ｔｈｅｎ ａ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ—ｆｒｅｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｂｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｄｅｍｏｎｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｆｌａｔｅｄ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ＩＭＲＴ ＣＴ ｉｍａｇｅ．ａｌｏｎｇ ｗｉｔｌｌ ｔｈｅ
ｎｏｎ—ｒｉｇｉｄ
价问题，提出了一种对含施源器的ＣＴＨＤ。与ＣＴ。Ｍ。，图 像进行变形配准及剂量累加的新方法。该方法通过 对施源器区域的图像分割和收缩变形，以消除施源 器对图像变形配准的影响，然后利用图像变形配准， 将ＣＴＨ。Ｒ图像及其剂量变形至ＣＴ，Ｍ盯图像域，并使用 得到的变形场完成ＨＤＲ．ＩＭＲＴ剂量累加。验证结 果表明本方法能有效实现子宫肿瘤患者受照总量的
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｄ ［４］Ｄ’Ａｇｏｓｔｉｎｏ
ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ
Ａｎａｌ，２００３，７（４）：５６５－５７５．
ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｔｕａｌ
Ｅ，Ｍａｅｓ Ｆ，Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ａ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｕｉｄ
如果要评价受照总量需对ＣＴＨ。。与ＣＴ。Ｍ。，图像进行
图像变形配准，如果直接对ｃＴＨ。。与ｃＴ。Ｍ。，图像进行 变形配准必然会产生严重的配准误差，从而导致剂
量叠加不准确。Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ等¨１提出了一种关于含 施源器与不含施源器的ＣＴ图像之间的变形配准方 法，该方法先将膀胱、直肠、阴道和子宫（包括施源
Ｅ，Ｍａｅｓ Ｆ，Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ａ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｕｉｄ
ｍｕｈｉｍｏｄａｌ ｎｏｎ—ｄ画ｄ
Ｉｍａｇｅ
ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｔｕａｌ
果在一副图像上出现了另一副图像并不存在的结构， 一般常规的变形配准算法无法有效解决这类问题。
本研究针对宫颈癌ＡＲＴ中总剂量的累加和评
ｓ。
ｃＴ徽”４和ｃＴｍ，进行配准，配准后得到ｄＣＴ。。。和相
应的ＨＤＲ剂量分布（图２Ｉ）。配准后的ＨＤＲ剂量 和ＩＭＲＴ剂量累加后的剂量分布如图２Ｊ所示。如 果利用传统的变形配准算法，如Ｄｅｍｏｎｓ算法直接
图像变形配准本质上是要寻找一种点对点的空
图２宫颈癌患者ＣＴＨＤＲ与ＣＴＩＭＲＴ图像和剂量分布图像对本研究算法的验证示例（２Ａ：ｃＴ及ＨＤＲ剂量分布；２Ｂ：ｃＴＩＭＲＴ及ＩＭＲＴ剂量分布；２Ｃ
叠加的方法。方法对含施源器的ＨＤＲ ＣＴ图像进行分割，通过求解Ｎａｖｉｅｒ．Ｓｔｏｋｅｓ方程实现对施源 器区域收缩变形以去除施源器；然后再利用基于Ｄｅｍｏｎｓ的图像变形配准方法，将去除施源器后的 ｃＴ。ＤＲ图像及其剂量变形至ｃＴ。。ＲＴ图像域，完成ＨＤＲ—ＩＭＲＴ ＣＴ图像变形配准及剂量累加。结果利 用５例宫颈癌患者放疗期间ＣＴ。。。和ＣＴ。，图像和相应剂量分布图像对算法进行验证，结果表明相对 于一般变形配准算法，本算法能有效消除ＨＤＲ ＣＴ图像中施源器对变形配准影响，得到精确的ＨＤＲ— ＩＭＲＴ累加剂量分布。结论ＡＲＴ中对总剂量监测和评价可让医生根据患者实际受量，重新优化放 疗计划，以实现放射剂量的精确投照。本算法可有效实现宫颈癌患者ＨＤＲ－ＩＭＲＴ剂量的精确累加， 其精度能满足实际临床的需要。 【关键词】 高剂量率近距离疗法； 调强放射疗法； 剂量累加； 图像变形配准
Ｔｈｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ＩＭＲＴ ＣＴ ｉｍａｇｅ，ａｓ ｗｅｌｌ
Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ
Ｄｏｓｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｔｅｐ ｉｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｏｓｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｒｅ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ＨＤＲ ｄｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ＩＭＲＴ ｄｏｓｅ ｄｏｍａｉｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｎｅｅｄｓ．
Ｐｒｏｃｅｓｓ，１９９６，５（１０）：１４３５—１４４７．
［６］Ｔｈｉｒｉｏｎ ＪＰ．Ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｓ ａ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ：ａｎ ａｎａｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ ｄｅｍｏｎｓ［ｊ］．Ｍｅｄ Ｉｍａｇｅ Ａ，ｍｌ，１９９８，２（３）：２４３－２６０． ［７］Ｚｈｅｎ Ｘ，Ｇｕ Ｘ，Ｙａｈ Ｈ，ｅｔ ａ１．ＣＴ ｔｏ ｃｏｎｅ—ｂｅａｍ ＣＴ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ
ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｍａ．ｊ．ｉｓｓｎ．１００４４２２１．２０１５．０２．０２５
基金项目：国家青年科学基金项目（８１３０１９４０）；国家自然科学 基金（８１４２８０１９）；广东省战略性新兴产业核心技术攻关 （２０１１Ａ０８１４０２００３）；广州市战略性新兴产业重大专项（２０１１Ｙ１— ０００１９） 作者单位：５１０５１５广州，南方医科大学生物医学工程学院医疗 仪器研究所 通信作者：周凌宏，Ｅｍａｉｌ：ｓｍａｒｔ＠ｓｍｕ．ｅｄｕ．ａｎ
器）等Ｒ０１分别勾画出来然后分别配准。由于该配 准方法仍然是直接利用含施源器图像进行配准，并 且忽略了整个图像的拓扑结构连续性，虽能在某些 ＲＯＩ能得到较理想的配准及剂量叠加结果，但并不 适用于患者受照总量的评价。本研究提出一种新方
万方数据
万方数据
主垡丝盟胜擅堂苤查！！！ｉ生！旦筮丝鲞筮！塑￡！ｉ！』垦！！丝Ｑ！！！！：丛！盟！！！！ｉ：∑！！：！！：盟！：！
・２０９・
・物理・生物・技术・
ＨＤＲ后装治疗ＣＴ图像至ＩＭＲＴ ＣＴ图像 变形配准算法研究
甄鑫陈海斌
【摘要】
肖阳
胡洁周凌宏
目的研究将高剂量率（ＨＤＲ）后装治疗ｃＴ图像至ＩＭＲＴ的ｃＴ图像变形配准及剂量
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】０ｂｊｅｃｔｉｖｅ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｄｅｆｌａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ｉｓ
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ｔｈｅｒａｐｙ（ＩＭＲＴ）ＣＴ
ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｏｓｅ—ｒａｔｅ ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ（ＨＤＲ）ＣＴ ｉｍａｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｏｓｅ
Ｚｈｅｎ Ｘｉｎ，Ｃｈｅｎ
Ｈａｉｂｉｎ，Ｘｉａｏ‰昭，Ｈｕ
ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ
Ｍｅｄｉｃａｌ
wenku.baidu.com
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０５１５，Ｃｈｉｎａ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｚｈｏｕ Ｌｉｎｇｈｏｎｇ，Ｅｍａｉｌ：ｓｍａｒｔ＠ｓｍｔｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
的，即一幅图像上的点总能在另一幅图像上找到。如
Ｆ，Ｗｏｎｇ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ａｄａｐｔｉｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ［Ｊ］．
Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ
ＢｉｏＩ，１９９７，４２（Ｉ）：１２３—１３２，
ＧＥ，Ｃａｒｌｓｏｎ Ｂ，Ｃｈａｏ ＫＳ，ｅｔ ａ１．Ｉｍａｇｅ—ｂａｓｅｄ ｄｏｓｅ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔａｒｙ ｂｒａｅｈｙｔｈｅｒａｐｙ：ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｒｉａｌ・ ｏｆ
［２］Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ
ｐｌａｎｎｉｎｇ
ｉｍａｇｉｎｇ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ａｎａｔｏｍｉｃ Ｒａｄｉａｔ Ｏｎｃｏｌ Ｂｉｏｌ
ｔｅｍｐｌａｔｅｓ［Ｊ］。Ｉｎｔ Ｊ Ｐｈｙｓ，２００１，５１（１）：２２７－２４３．
ｉｍａｇｅ
［３］７Ａｇｏｓｔｉｎｏ
ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ
缩变形场对图２ｃ进行收缩变形后得到ｃＴ徽”“图像
（图２Ｇ），收缩变形后的ＨＤＲ剂量分布叠加在其上 （图２Ｈ）。可见经分割和收缩变形后施源器及其上 的剂量已被移除。然后，利用Ｄｅｍｏｎｓ算法对
域（图２Ｌ箭头）。其余４例患者也得到了类似实验结
果。本文算法是利用ＣＵＤＡ语言在图形处理器ＧＰＵ 中编程实现，运行时间约为１５ Ｓ，其中施源器区域收 缩变形约需时５ ｓ，Ｄｅｍｏｎｓ变形配准约需时１０ 讨 论
ｃＴＮⅣｏＤＡＲｐｐ；２Ｄ：Ｍａｓｋ；２Ｅ：收缩变形场示意图；２Ｆ：Ｍａｓｋ，Ⅻ“…；２Ｇ：ｃＴ燃”。；２Ｈ：ｃＴｄ…ｅｆｌ．ａ、ｔ“及收缩变形后的剂量分布；２Ｉ：ｄＣＴｕｏＲ及其剂量分布；２Ｊ
ｄＣＴⅣＤＲ上的剂量和ＩＭＲＴ剂量累加后叠加在ＣＴＩＭＲＴＪ２；２Ｋ：ｄｃＴ栅”及其剂量分布；２Ｌ：ｄｃＴ；嚣３剂量和ＩＭＲＴ剂量累加后叠加在ＣＴＩＭＲＴ３２）
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】
Ｈｉｇｈ—ｄｏｓｅ—ｒａｔｅ
ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ；
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
ｍｏｄｕｌａｔｅｄ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｔｈｅｒａｐｙ；Ｄｏｓｅ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ
ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
图像变形配准是ＡＲＴ的一项关键技术‘１｜。宫 颈癌放疗中ＨＤＲ内照射计划ＣＴ图像含有施源器， 而常规ＩＭＲＴ外照射计划ＣＴ图像不包含施源器。
Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｆｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｏｓｅ－ｒａｔｅ ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ
ＣＴ ｉｍａｇｅ ｔｏ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌｉｅ，Ｚｈｏｕ Ｌｉｎｇｈｏｎｇ．
ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ＣＴ ｉｍａｇｅ
Ｓｃｈｏｏｌ
域为０。三维高斯核函数咖。＝（２７ｒ６２）‘１ｅ一１厂，它
是一个大小为１７×１７×１７的三维矩阵，６其中取经 验值４。收缩变形场的示意图如图２Ｅ所示，收缩变 形后的掩膜Ｍａｓｋ州如刚如图２Ｆ所示。利用得到的收
配准ｃＴ。。。和ｃＴｍ，图像，变形配准后的ｃＴ。。。及其 剂量分布如图２Ｋ所示。由于施源器存在，变形配 准并没有消除计算在其上的剂量分布（图２Ｋ箭 头）。如果直接将变形配准后的ＨＤＲ剂量累加在 ＩＭＲＴ剂量上，会出现一个严重剂量误差的高剂量区
万方数据
２１２・
史堡越鼓壁擅堂盘查垫！ｉ堡ｉ旦筮丝鲞筮！塑堡！也』垦！！堕Ｑ塑丛：堕！篓！！Ｑ！ｉ：！尘：丝：盟！：！
问变换，将一幅图像（浮动图像）的解剖结构变形到
精确累加与评价。
参考文献
［１］Ｙａｎ
Ｄ，Ｖｉｃｉｎｉ
另一幅图像（参考图像）上。目前变形配准算法可 分为基于物理模型变形配准算法，如基于线性弹性 模型的、流体力学模型的、光流场模型的；也有基于 数学函数的变形配准算法，如基于小波变换的、薄板 样条函数或Ｂ样条函数的、调和函数等。但几乎所 有这些算法都基于假设两幅图像上点是一一对应
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｄ Ｉｍａｇ Ａｎａｌ，２００３，７（４）：５６５－５７５． ［５］Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ ＧＥ，Ｒａｂｂｉｔｔ ＲＤ，Ｍｉｌｌｅｒ ＭＩ．Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｉｍａｇｅ
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ＨＤＲ ｄｏｓｅ．Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ＨＤＲ ｄｏｓｅ ｉｓ ｔｈｅｎ ａｄｄｅｄ Ｒｅｓｕｌｔｓ
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ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｄｏｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ。ｆｒｏｍ ｆｉｖｅ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｃａｎｃｅｒ ｐａｔｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｇｅｔ ｒｉｄ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｅ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄｏｓｅ．
ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅｄ．ｔｈｅｎ ａ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ—ｆｒｅｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｂｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｄｅｍｏｎｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｆｌａｔｅｄ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ＩＭＲＴ ＣＴ ｉｍａｇｅ．ａｌｏｎｇ ｗｉｔｌｌ ｔｈｅ
ｎｏｎ—ｒｉｇｉｄ
价问题，提出了一种对含施源器的ＣＴＨＤ。与ＣＴ。Ｍ。，图 像进行变形配准及剂量累加的新方法。该方法通过 对施源器区域的图像分割和收缩变形，以消除施源 器对图像变形配准的影响，然后利用图像变形配准， 将ＣＴＨ。Ｒ图像及其剂量变形至ＣＴ，Ｍ盯图像域，并使用 得到的变形场完成ＨＤＲ．ＩＭＲＴ剂量累加。验证结 果表明本方法能有效实现子宫肿瘤患者受照总量的
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｄ ［４］Ｄ’Ａｇｏｓｔｉｎｏ
ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ
Ａｎａｌ，２００３，７（４）：５６５－５７５．
ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｔｕａｌ
Ｅ，Ｍａｅｓ Ｆ，Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ａ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｕｉｄ
如果要评价受照总量需对ＣＴＨ。。与ＣＴ。Ｍ。，图像进行
图像变形配准，如果直接对ｃＴＨ。。与ｃＴ。Ｍ。，图像进行 变形配准必然会产生严重的配准误差，从而导致剂
量叠加不准确。Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ等¨１提出了一种关于含 施源器与不含施源器的ＣＴ图像之间的变形配准方 法，该方法先将膀胱、直肠、阴道和子宫（包括施源
Ｅ，Ｍａｅｓ Ｆ，Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ａ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｕｉｄ
ｍｕｈｉｍｏｄａｌ ｎｏｎ—ｄ画ｄ
Ｉｍａｇｅ
ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｔｕａｌ
果在一副图像上出现了另一副图像并不存在的结构， 一般常规的变形配准算法无法有效解决这类问题。
本研究针对宫颈癌ＡＲＴ中总剂量的累加和评
ｓ。
ｃＴ徽”４和ｃＴｍ，进行配准，配准后得到ｄＣＴ。。。和相
应的ＨＤＲ剂量分布（图２Ｉ）。配准后的ＨＤＲ剂量 和ＩＭＲＴ剂量累加后的剂量分布如图２Ｊ所示。如 果利用传统的变形配准算法，如Ｄｅｍｏｎｓ算法直接
图像变形配准本质上是要寻找一种点对点的空
图２宫颈癌患者ＣＴＨＤＲ与ＣＴＩＭＲＴ图像和剂量分布图像对本研究算法的验证示例（２Ａ：ｃＴ及ＨＤＲ剂量分布；２Ｂ：ｃＴＩＭＲＴ及ＩＭＲＴ剂量分布；２Ｃ
叠加的方法。方法对含施源器的ＨＤＲ ＣＴ图像进行分割，通过求解Ｎａｖｉｅｒ．Ｓｔｏｋｅｓ方程实现对施源 器区域收缩变形以去除施源器；然后再利用基于Ｄｅｍｏｎｓ的图像变形配准方法，将去除施源器后的 ｃＴ。ＤＲ图像及其剂量变形至ｃＴ。。ＲＴ图像域，完成ＨＤＲ—ＩＭＲＴ ＣＴ图像变形配准及剂量累加。结果利 用５例宫颈癌患者放疗期间ＣＴ。。。和ＣＴ。，图像和相应剂量分布图像对算法进行验证，结果表明相对 于一般变形配准算法，本算法能有效消除ＨＤＲ ＣＴ图像中施源器对变形配准影响，得到精确的ＨＤＲ— ＩＭＲＴ累加剂量分布。结论ＡＲＴ中对总剂量监测和评价可让医生根据患者实际受量，重新优化放 疗计划，以实现放射剂量的精确投照。本算法可有效实现宫颈癌患者ＨＤＲ－ＩＭＲＴ剂量的精确累加， 其精度能满足实际临床的需要。 【关键词】 高剂量率近距离疗法； 调强放射疗法； 剂量累加； 图像变形配准
Ｔｈｅ ＨＤＲ ＣＴ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ＩＭＲＴ ＣＴ ｉｍａｇｅ，ａｓ ｗｅｌｌ
Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ
Ｄｏｓｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｔｅｐ ｉｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｏｓｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｒｅ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ＨＤＲ ｄｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ＩＭＲＴ ｄｏｓｅ ｄｏｍａｉｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｎｅｅｄｓ．
Ｐｒｏｃｅｓｓ，１９９６，５（１０）：１４３５—１４４７．
［６］Ｔｈｉｒｉｏｎ ＪＰ．Ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｓ ａ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ：ａｎ ａｎａｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ ｄｅｍｏｎｓ［ｊ］．Ｍｅｄ Ｉｍａｇｅ Ａ，ｍｌ，１９９８，２（３）：２４３－２６０． ［７］Ｚｈｅｎ Ｘ，Ｇｕ Ｘ，Ｙａｈ Ｈ，ｅｔ ａ１．ＣＴ ｔｏ ｃｏｎｅ—ｂｅａｍ ＣＴ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ
ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｍａ．ｊ．ｉｓｓｎ．１００４４２２１．２０１５．０２．０２５
基金项目：国家青年科学基金项目（８１３０１９４０）；国家自然科学 基金（８１４２８０１９）；广东省战略性新兴产业核心技术攻关 （２０１１Ａ０８１４０２００３）；广州市战略性新兴产业重大专项（２０１１Ｙ１— ０００１９） 作者单位：５１０５１５广州，南方医科大学生物医学工程学院医疗 仪器研究所 通信作者：周凌宏，Ｅｍａｉｌ：ｓｍａｒｔ＠ｓｍｕ．ｅｄｕ．ａｎ
器）等Ｒ０１分别勾画出来然后分别配准。由于该配 准方法仍然是直接利用含施源器图像进行配准，并 且忽略了整个图像的拓扑结构连续性，虽能在某些 ＲＯＩ能得到较理想的配准及剂量叠加结果，但并不 适用于患者受照总量的评价。本研究提出一种新方
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