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基于可视化的三维放射治疗计算机模拟系统的研究

李智慧  
【摘要】: 本文从可视化角度出发,以放射治疗为对象,对放射治疗数据管理系统、CT/MRI/PET图象的识别及三维图象重建、虚拟放射治疗仪等内容进行了深入研究。主要研究内容及创新点如下: 1 数据库的建模 放射治疗系统以处理大量数据为主要内容,因而,数据的输入输出、数据的归类、筛选和存贮,这些与数据库管理系统相关操作的性能好坏,将极大影响放射治疗系统的综合性能。 本文创建的放射治疗数据库管理系统是一种“关系数据库+面向对象编程”的面向对象的数据库管理系统。在本文的研究中,根据放射治疗的数据特点,从中抽象出数据的一般性质,建立数据库模型,实现了现实世界到模型世界,再到机器世界的数据转化过程,为高效的基于可视化的三维放射治疗系统创建了一套行之有效的数据库管理系统。 2 放射治疗系统数据的特殊处理 由于放射治疗系统数据的特殊性和复杂性,在处理这些数据时,本文首次建立了一种全新方法,使关系数据库(Paradox)能够处理ADT特殊类型的数据,为面向对象的编程提供了理论上和技术上的支持。同时本文还创建了另一个数据库处理新技术,即数据库的数组技术,它为存贮放射治疗系统中一些变长数据提供了方法和实现的手段。 在放射治疗数据库管理系统中,还应用了数据库SQL技术和OLE技术,使数据库能够存贮类似图象、Word文档和放射治疗录相等特殊数据对象。 3 CT/MRI/PET图象的处理 CT/MRI/PET图象的处理通常是放射治疗系统的一个主要研究内容,它的 四 川 大 学搏土论文 一 目的在于能够极大限度地自动识别图象中的人体或器官的边缘。本文结合传统 的边界识别方法,综合运用 Roberts算子和 Laplacian算子自动识别边缘轮廓线, 使用链条代码法则减少多边形的顶点数目,形成了一套高效实用的边缘轮廓线 识别和追踪方法。 4定位标志点的自动识别 是否能自动识别图象标志点,既影响图象的对齐,又影响放射治疗系统的 工作效率。本文根据某公司提供的头部定位架和体部定位架结构特点及由此获 得的CT/MRI/PET图象,结合图象识别原理,实现了标志点的全自动识别。本 文建立的“灰度强度波动模板”为成功识别标志点奠定了理论基础。 5三维图象的重建 本文研制的系统既实现了面方式的三维图象重建,又实现了体素级的三维 图象重建。首次提出了以“纹理+透明”的全新体素级图形的三维重建方案, 为体素级三维图象高速运动提供了理论依据和具体实现方法。 6虚拟放射治疗仪的研究 虚拟放射治疗仪是一种配合设计放疗计划的虚拟设备,它能全面模仿真实 放射治疗仪的各种运动,能够动态显示机器参数和机器参数设置对射线性质的 影响,为放疗计划实施提供了训练和教学的最佳手段。 根据放射治疗机的特点,本文把放疗机各个部分等效为10个刚体,抽象出 14个自由度,运用多刚体动力学知识,建立一套全新的控制刚体编号和参数的 方法,本文提出的刚体“父子模型”为虚拟放射治疗仪的运动控制提供了理论 依据。


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