基于2D/3D U-plus-net的心脏自动分割

目的:利用2D/3D U-plus-net 提高心脏自动分割的准确率。方法:收集郑州大学第一附属医院60 例患者胸部扫 描CT图像（数据A）及中国科学技术大学附属第一医院45 例患者胸部扫描CT图像（数据B）。基于改进的AlexNet 将 CT 图像分为两类:心脏CT 图像和无心脏CT 图像。在2D/3D U-net 拓扑结构基础上,通过减小网络深度、在长连接中 增加新节点、增加解码器中卷积次数的方法,得到改进后的2D/3D U-plus-net;将靠近腹部的心脏CT图像（图像张数由 预实验决定）输入3D U-plus-net,其余图像输入2D U-plus-net;采用5 倍交叉验证法对模型进行训练及测试。最后通过 Dice 系数、HD95 和平均表面距离（MSD）评估自动分割精度。结果:数据A自动分割的Dice 系数为0.941±0.012,MSD 为（3.918±0.201）mm,HD95为（5.863±0.561）mm;数据B自动分割的Dice系数为0.934±0.014,MSD为（4.112±0.320）mm, HD95 为（6.035±0.659）mm。结论:基于2D/3D U-plus-net 的分割方法提高了心脏自动分割准确率。     

基于改进区域生长算法的肝脏分割方法研究

目的：把肝脏从医学图像中提取出来,为肝脏三维定位以及放疗计划制定提供准确的数据。肝脏与其周围器官组织灰度差别小、边界不明显,而传统区域生长算法生长准则单一,不能满足分割精确度需求,并且未经处理的轮廓比较粗糙。针对这些问题,本文提出一种改进的区域生长算法。方法：本文算法主要从三个方面改进：基于先验经验和肝脏特性的种子区域选择;基于Canny算子边缘检测结果的区域生长准则动态优化;基于漫水填充法和曲线拟合的轮廓后处理。结果：本文使用多套临床实际腹部CT序列测试算法,以医生手动勾画结果为标准进行评价。在大多数CT切片上的肝脏自动分割都能取得较好的结果,并且分割用时很短,保证了效率。结论：测试结果表明,本文算法在动态控制区域生长和平滑轮廓方面有很好的作用,在保证速度的同时有效提高了肝脏自动分割精度。     

PET探测器数据获取与晶体识别

目的:旨在设计一个小像素PET成像系统,并获得用于断层扫描的晶体查找表。方法:对PCI-ADC系统获取的LYSO闪烁体（pitch_2.0_mm_10×10、pitch_1.6 mm_10×1）探头晶体位置分辨图像,采用分水岭算法完成图像分割任务,实现晶体识别。结果:实验中,pitch_2.0_mm_10×10、pitch_1.6 mm_10×10两种像素探头晶体能够全部识别;同时对华盛顿大学pitch_1.6 mm_20×20探头数据进行处理,没有观察到晶体粘附现象。结论:PET数据采集系统性能良好,分水岭算法能够识别不同的像素晶体,为后期断层扫描和三维重建提供了基础。     

多叶光栅控制软件的设计与实现

目的:多叶光栅作为三维适形放射治疗计划和调强放射治疗计划精确快速地实施的重要设备之一,被广泛应用于肿瘤放射治疗。为精确快速地控制多叶光栅,本文对多叶光栅的控制软件进行设计和实现。方法:本文首先概要介绍该软件的整体功能,共包括治疗模块、校验模块、参数模块和串口模块,并重点介绍串口模块和检验模块。串口模块使用串口通信技术,将光栅叶片位置数据和控制数据转换为串口数据并发送到底层电路中,控制多叶光栅,保证多叶光栅控制软件和底层电路的顺畅通信。校验模块根据实际测量的等中心面叶片位置数据,建立等中心面叶片位置数据和叶片实际位置数据转换关系,得到叶片实际运动位置对应的等中心面运动位置,保证叶片在等中心面上的移动精度。结果:本软件已在VC平台下编程实现,参考某厂商多叶光栅产品注册检验报告进行测试。测量结果显示多项指标均小于1.0 mm。结论:本软件能够精确快速的控制多叶光栅,满足临床要求。     

Jaw tracking技术在食管癌调强放射治疗中的临床应用

目的利用三维治疗计划系统对食道癌调强放射治疗(IMRT)计划中铅门是否跟随作剂量学比较,评价其剂量差异。方法选择25例食道癌患者,利用Eclipse治疗计划系统对每例患者计划分别模拟铅门锁定、铅门跟随这两种情况,同时运用AAA、AXB两种算法,比较靶区和危及器官照射剂量、计划总调数。结果在铅门锁定、铅门跟随发现,AAA算法中,AAAJF左肺(V₅、V₁₀、V₂₀、V₃₀)剂量高于AAAJT肺(V₅、V₁₀、V₂₀、V₃₀)剂量8.4%,5.7%,4.9%,4.6%;AAAJF脊髓MAX均值高于AAAJT脊髓MAX均值1.68%;AAAJF心脏V30高于AAAJT心脏V30剂量1.15 cGy,心脏V40剂量高0.42 cGy;AAAJF组MU略低于AAAJT组MU值的3.7%;AAAJT组CI略优于AAAJF组CI值;AAAJF组和AAAJT组左肺V5的t检验P=0.007,右肺V5的t检验P=0.022。在AXB算法中比较得出相同规律。结论铅门跟随技术可以有效地降低危及器官的受量,同时使靶区的均匀性更好和适行度更高。     

基于临床质子加速器的DeepPlan笔形束模型构建

目的:基于佛罗里达大学质子放疗中心（University of Florida Health Proton Therapy Institute, UFHPTI）质子加速器在笔形束扫描模式下的临床实验数据,在DeepPlan中构建相应模型,验证模型构建的准确性并初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。方法:在DeepPlan质子模块中建立UFHPTI质子加速器的笔形束计算模型,并将剂量计算结果与临床实验数据进行对比,包括30组积分深度剂量（Integrated Depth Dose, IDD）、30组空气中质子束斑发散大小、1组多能量多点照射下的纵向扩展布拉格峰（Spread Out Bragg Peak, SOBP）和横向剂量分布,以此验证模型构建的准确性。最后以UFHPTI的两个前列腺癌临床放疗计划为指导,将DeepPlan计算结果与商用放疗计划系统RayStation计算结果通过PTW公司的VeriSoft软件进行gamma分析。结果:DeepPlan质子模块计算产生的30组IDD与UFHPTI加速器的临床实验数据平均相对误差为0.01%,最大相对误差为0.23%;30组空气质子束斑发散大小与临床实验数据平均相对误差为0.15%,最大相对误差为1.14%。在多能量多点照射下,DeepPlan质子模块计算产生的SOBP与临床实验数据平均相对误差为1.07%,最大相对误差为3.91%;横向剂量分布和临床实验数据平均相对误差为1.92%,最大相对误差为4.09%。针对两个前列腺癌的放疗计划,DeepPlan质子模块与RayStation计算的三维剂量结果在以3 mm/3%的标准下每个子野的gamma通过率都达到95%以上,其中病例1两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为96.4%和97.5%,病例2两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为99.3%和98.9%。结论:在DeepPlan中构建了与UFHPTI质子加速器相匹配的笔形束模型,该模型可初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。     

基于U-net的心脏自动勾画模型的临床应用及改进

目的:拟分析基于不同医院数据的心脏自动勾画模型在临床应用中的适用性及其改进方法。方法:首先,建立基于U-net和Inception模块的心脏自动勾画网络。其次,收集不同治疗中心的患者数据:中国科学技术大学附属第一医院65例（数据1）、MICCAI2019比赛数据50例（数据2）、数据1和2的混合数据（数据3）、郑州大学第一附属医院50例（数据4）和郑州大学第一附属医院100例（数据5）,分别训练得到模型1～5。然后,以郑州大学第一附属医院59例患者作为测试集,使用形状相似性系数（DSC）评估该测试集在不同模型上的分割精度,比较模型之间的差别。最后,将模型3作为心脏预训练模型,采用数据5进行模型再训练,分别测试3组实验（20例/次×5次、10例/次×10次、5例/次×20次）对心脏预训练模型的改进情况。结果:测试集在模型1~5中的平均DSC为0.926、0.932、0.939、0.941和0.950。在再训练过程中,模型在20例/次×5次的实验中表现更稳定。结论:基于不同医院的数据训练模型在心脏自动勾画的临床应用上表现存在差异,使用本地医院数据进行训练的模型预测精度更高。对于非本地数据训练的模型,基于本地数据再训练可以有效提高模型预测的精度,其中以20例/次的再训练方式效果较好。     

实时MRI引导放射治疗中边缘磁场对电子枪束流特性的影响

目的 观察实时MRI引导放射治疗（MRIgRT）系统中MR边缘磁场对电子枪束流特性的影响。方法 以电磁场仿真软件模拟平行配置MRIgRT系统中1.5T MR不同边缘磁场下Varian 600C电子枪和Litton L2087电子枪的束流特性。结果 2款电子枪在磁场中的整体表现一致。随磁感应强度增大,Litton L2087和Varian 600C电子枪电流分别缓慢增加至无磁场时的2.72%和1.93%。电子枪阳极出口处电流在经历初始稳定水平后开始减少,达到最小值后电流缓慢增加,电流损失最大分别可达80.25%和73.48%;高场强处,束流半径出现周期性变化;束流均方根发射度存在波动。结论 平行配置的MRIgRT系统中,边缘磁场会对电子枪束流轨迹产生影响,导致大量电流损失,均方根发射度变化巨大。     

基于RIT113软件验证加速器等中心精度的可行性研究

目的 评估RIT113软件验证加速器等中心精度的可行性.方法 结合电子射野影像装置(Electronics Portal Image Device,EPID)采集的图像,测试RIT113软件分析6 MV均整器模式(Flatten Filter,FF)和6 MV无均整器模式(Flatten Filter Free,FFF...     

基于不同相对生物效应模型评估质子放疗生物剂量

目的:评估两种相对生物效应模型计算的生物剂量,并与传统临床质子放疗生物剂量相比较。方法:使用粒子模拟工具(TOPAS)分别在水箱和两例患者模体(脑部和前列腺)计算物理剂量、剂量平均LET (dose averaged linear energy transfer, LET d)和径迹平均LET (track...