形變配準算法在宮頸癌后裝治療分次間總劑量評估中的應用

李紀璇，單國平，王彬冰，周劍良

1.南華大學核科學技術學院，湖南衡陽421001；2.中國科學院大學附屬腫瘤醫院放射物理室，浙江杭州310022

前言

形變配準算法通過數學方法，建立兩組CT影像之間的映射關系［1-3］。它能處理不同CT影像間感興趣區域（Region of Interest,ROI）的運動位移，并受到廣泛的關注［4-6］。形變算法通常是一個優化過程，首先確定一個目標函數，通過尋找給定的目標函數的最小值完成優化得到最優解。目前使用較多的形變配準算法主要有有限差分（Finite Difference）的形變配準方法［7-8］、Demons形變配準算法［9-11］、基于B樣條的配準算法等［12-13］。根據相似性測度函數的不同，以上配準算法主要分為兩大類：基于圖像灰度的配準算法與基于輪廓的配準算法。

后裝治療中，正常組織受照劑量和放射毒副反應有明顯的相關性。目前主要還是使用GECESTRO推薦的分次間劑量累加方法，即把分次間最大劑量數值相加作為多個分次的正常組織最大劑量。盡管GEC-ESTRO方法被認為是一種可靠的經驗方法，但它是建立在每次治療計劃的高劑量區位置沒有變化的假設基礎上，并且忽略了膀胱直腸的充盈程度、形狀以及位置變化情況等因素對累積劑量計算帶來的影響。劑量形變算法是非剛性圖像形變在醫學物理中的一種擴展應用。劑量形變以非剛性圖像形變產生的形變圖像位移矢量場（Displayment Vector Field,DVF）為依據，把屬于移動圖像的三維劑量分布逐體素的映射到固定圖像上。因此，劑量形變可以評價多次治療計劃的疊加劑量，而不會受到膀胱和直腸位置的移動、形狀體積變化的影響，對于多次計劃累積劑量安全性的評估具有重要意義［14］。……