数字重建放射影像生成算法研究与实现(2)

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3.2.2 MATLAB 18

3.3 代码设计 18

3.4 本章小结 21

4 结论 22

4.1 总结 22

4.2 展望 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

数字重建放射影像是一种利用可视化技术，通过对X射线的衰减和曝光过程进行模拟，最终产生和X光片成像效果类似图像的数字图像处理技术。数字重建放射影像具有修正放射治疗中的摆位误差和验证射野正确性的作用，这对医疗工作者的工作提供了非常大的帮助，特别是在对患者病症的诊断和相应的治疗计划制定方面，有着重大的意义。在具体操作中，DRR以体绘制中的光线投射法为基础，根据不同的器官和组织对X光线的吸收程度和散射状况的不同，设置相应的X光线衰减系数，作为绘制过程中的传输函数。这种直接体绘制技术可以直接用于DRR，因为CT数据在可视化领域中被看做是具有源衰减效应的大量粒子集合，当使用合理的传输函数设计和额外X光片的曝光模拟后，就可以得到成像效果良好的图片。而两者的传输函数的构造区别主要在于：直接体绘制中的传输函数是由体素梯度或用户交互所决定的，而数字重建放射影像绘制中利用的是符合物理规律的函数，是将体素值转化成人体的对应器官或组织的X光线衰减系数。由此可知DRR不仅替代了传统模拟定位机所使用的X光片图像，而且能从CT断层图像序列中获得，使一种图像可以同时用于模拟和计划。

1.1 研究背景

人体拍摄的X线片(radiograph)是一种黑白透视胶片图像，是由X射线机直接辐射人体产生的平面透视效果图像。原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间发生跃迁，之后会产生粒子流，这产生的粒子流就是X射线。X射线是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波，其波长非常短，范围约在0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现的，故又称伦琴射线。医学和工业成像使用X射线管（带有阴极和阳极的真空管）生成X射线。阴极加热释放自由电子，这些电子以很高的速度，向阳极流动，当电子撞击一个原子核时，能量被释放并形成X射线辐射[1]。X射线辐射主要用于一些疾病的初步检查，便于发现较明显病变的组织和结构，是首选的初步疾病检查方式。由于数字重建放射图像具有数字化的特性，并且同时具有X射线影像的人体器官组织成像清晰、无变形等共性，所以数字重建放射影像可以取代传统的X光片图像，再加上数字重建放射影像具有能够变密度和旋转显示观察人体透视效果，组织器官形态能够被更为直观地显示的特点，使得数字重建放射影像这一技术能够被广泛的用于癌症的放射治疗中并且发挥着重要的作用，具体应用可在病情诊断、术前规划和术中导航等方面。尽管如此，数字重建放射图像与X线片图依然存在着差别，而最主要的区别主要有两点：一个是由于成像物体本身的变化造成的，如软组织形变和手术器械的干涉等，这样即使数字重建放射图像能够准确地模拟X线片，这个差别仍旧会存在；另一种区别是两种图像的内在差别造成的，比如正形畸变等。

放射治疗计划系统中的数字重建放射影像技术，可在任意的空间角度下实现对患者进行“透视”，能够随意观察靶区、某一组织和器官，或靶区与周围器官间的空间关系，这样的特性使床的限制被解除了，所以就可以利用DRR获得模拟定位机拍到那些被位置所限制的图像。由于数字重建放射影像是数字化过程的，所以可以完成各种数字图像处理的功能，这样不仅省略了实际使用模拟放射摄影图像的成像这一环节，还节省了临床的医疗费用，还能帮助医生提高工作效率以及准确度，减少由于辐射对医生和患者的造成的伤害。数字重建放射影像还可以通过调整转换因子来加快骨组织或软组织的成像速度，这于临床医学中的作用是非常大的。