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基于感兴趣窄带区域的同步分割与配准方法及在IGRT中的应用
  • ISSN号:0254-4156
  • 期刊名称:自动化学报
  • 时间:2015.9.15
  • 页码:1589-1600
  • 分类:TP[自动化与计算机技术]
  • 作者机构:[1]山东师范大学物理与电子科学学院,济南250014, [2]山东省肿瘤医院放疗科,济南250117
  • 相关基金:国家自然科学基金(61201441,61471226); 山东省自然科学杰出青年基金(JQ201516)资助
  • 相关项目:多尺度分析技术在图像引导肿瘤精确放疗中的研究及临床应用
中文摘要:

医学图像分割与配准是图像引导放疗(Image guided radiation therapy,IGRT)系统中的关键技术.为提高基于CBCT(Cone beam CT)的IGRT系统实施胸腹部肿瘤放疗的实时性与自适应性,特别是实现重要危及器官肝脏区域照射剂量的合理控制,本文提出一种基于感兴趣窄带区域的同步分割与配准方法,目标是实现放疗计划系统中计划CT和CBCT图像目标区域的分割与配准.通过构建感兴趣窄带模型,并且与活动轮廓模型相结合实现初始分割,然后与基于光流场(Optical flow field,OFF)的形变配准方法进行循环迭代,从而构造ASOR分割与配准同步模型(Active contour segmentation and optical flow registration synchronously,ASOR).在方法实施时,首先利用非线性扩散模型和窄带活动轮廓模型在CT图像中提取肝脏空间初始位置信息,为同步模型提供合理的肝脏初始轮廓.然后将该轮廓及相应窄带区域经仿射变换映射到CBCT图像,进而结合构造的ASOR同步模型,用光流场确定活动轮廓水平集的运动情况,使分割与配准在同一个演化过程中完成迭代.实验结果和临床应用表明,本文提出的方法应用于基于CBCT的IGRT系统时,可实现肝脏组织的自动分割与放疗剂量分布的快速计算.同时,我们将同步过程中获得的形变域用于实现肝脏与肿瘤靶区等剂量线从计划CT到CBCT的自适应转移,进行自适应放疗效果的临床测评.

英文摘要:

Medical image segmentation and registration is a key technology in image guided radiation therapy(IGRT)system. In order to improve the real-time performance of cone beam CT(CBCT) based IGRT system for thoracic and abdominal tumors treatment, also for controlling projection dose in liver area efficiently, a synchronous segmentation and registration joint method based on narrow band of interest is proposed to achieve segmentation and registration for the radiotherapy treatment planning system. The key issue in our method is to construct an ASOR synchronization model by integrating narrow band model with active contour model to accomplish initial segmentation, then is combined with an optical flow based deformable registration method to optimize the process iteratively. At first, both nonlinear diffusion model and narrow band active contour are used to get the liver position information of the CT image to provide reasonable initial contour for the synchronization model. Secondly, the liver contour and corresponding narrow band are mapped from the planning CT to CBCT by affine transformation. Thirdly and finally, the ASOR synchronization model is used to fulfill segmentation and registration simultaneously in evolution process by optical flow for determining the active contour level set movements. The experiment results demonstrate that when the proposed method is applied to CBCT based IGRT system, it can automatically segment liver to implement the real time calculation for the following radiation therapy planning, and that the deformation field which is obtained during the segmentation process can transfer the radiation planning from planning CT to CBCT adaptively.

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期刊信息
  • 《自动化学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院自动化研究所
  • 主编:王飞跃
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:aas@ia.ac.cn
  • 电话:010-64019820
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4156
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2109/TP
  • 邮发代号:2-180
  • 获奖情况:
  • 1997年获全国优秀期刊奖,1985、1990、1996、2000年获中国科学院优秀期刊二等奖,2002年获国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27550