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电动多叶光栅放射治疗系统在临床中若干关键技术研究

朱国昕  
【摘要】: 本文为吴阶平医学基金会临床科研资助基金课题,主要研究调强适形放射治疗及电动多叶光栅质量控制,并以此为背景结合临床应用,对调强适形放射治疗系统中临床应用方面的一些关键技术进行研究,进一步完善放射治疗系统,改进临床应用中电动多叶光栅不完善的电机驱动问题。从而完善整个调强适形放射治疗系统,解决临床实际问题。主要研究内容如下: 医学图像分割问题是调强适形放射治疗三维重建的基础,图像分割好坏直接影响放射治疗照射的精度。本文以自动图像分割为主研究医学图像分割问题,提出一种自适应能量函数的马尔可夫随机场模型,在能量函数最小化过程(即像素标记场的更新过程)中动态调整条件概率模型能量函数的权值,进而获得观测场的全局最优的参数。在此基础上,利用形态学算子对肿瘤图像分割结果进行形态滤波,经过开运算和闭运算去掉空洞和孤立的噪声点,在肿瘤图像分割结果的基础上引入Canny边缘提取算子对区域进行边缘化,提取出封闭的边缘。 医学图像三维重建是放射治疗系统的关键,而体数据的构造是三维重建的前提,本文提出了一种基于矢量距离变换的符号距离函数计算方法,首先定义符号距离函数,然后提出符号函数的构造方法,提高符号距离场计算的速度和效率,这种方法不但精度高,鲁棒性强,还加快了体数据场的构造。在体数据构造的基础上,利用MC(Marching Cubes)方法和MT(Marching Tetrahedral)方法对体数据进行三维重构实现可视化。研究了MT算法解决MC算法在实际应用中存在的二义性问题的方法。 本文分别对规则野剂量模型、不规则野剂量模型进行了分析和总结,介绍了几种经典剂量计算方法蒙特卡罗法、Clarkson散射求和方法,研究了Day氏函数法,通过对标准散射剂量数据进行扇形积分求等效方野的Day氏函数法,计算不规则野的剂量分布,达到较高的精度。 电动多叶光栅是调强适形放射治疗系统的关键技术和执行部件,探讨了电动多叶光栅适形调强的实现方式,对电动多叶光栅静态调强技术研究了其剂量分布的分级方法,提出了各射野形状的确定思路和方法;对电动多叶光栅动态叶片调强技术研究了调强原理,提出了满足电动多叶光栅的叶片运动模型及其控制策略,对叶片的运动规律及有限加速度问题进行了探讨,针对电动多叶光栅中直流伺服电动机、步进电机故障多的缺点,提出了用无刷直流电动机作为控制部件,进行临床实验解决了临床实际问题。 最后,对调强适形放射治疗系统中图像分割、图像三维重建等关键技术研究进行了仿真实验,对无刷直流电动机作为电动多叶光栅控制部件进行临床应用验证,验证了以上的研究工作是有效的、可行的。


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