[发明专利]一种设计基于双边滤波的运动补偿高质量4D-CBCT图像重建方法

说明书

本发明公开了一种设计基于双边滤波的运动补偿高质量4D‑CBCT图像重建方法，包括如下步骤：1)建立基于瞬时代数重建技术(SART)的3D‑CBCT运动补偿重建模型，重建出参考相位(即0％相位)的高质量CBCT图像；2)构建迭代优化过程，估计0％相位与其他4D相位图像之间的4D图像变形场(Deformable Vector Field,DVF)模型，进而求解出包含运动器官表面之间反向滑动运动的精确4D‑DVF解；3)将高质量0％相位图像按照4D‑DVF最优解依次变形，获取最终高质量4D‑CBCT图像序列。该方法能在不改变目前常规放疗线性加速器硬件结构的基础上，实现高质量4D‑CBCT图像的精确重建；从而进一步提高肺癌立体定向放射治疗(Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT)前图像引导定位的精确性。

技术领域

本发明应用于针对癌变运动器官(如肺癌)在进行立体定向放射治疗(SBRT)过程中的精确图像引导放射治疗。

背景技术

针对肺癌的SBRT治疗,即体部立体定向放射治疗，目前越来越广泛的被应用在图像引导放射治疗过程中。其治疗效果已经被证实优于传统的调强放射治疗(IntensityModulated Radiation Therapy,IMRT)。但是SBRT治疗过程中采用了基于小射野(射野尺寸小于5x5厘米)的非均整滤波器射束模式(Flattening Filter Free,FFF)进行出束。其射束中心剂量率和强度相比于加了均整滤波器的调强射束来说，均提高许多，如图1所示。因此对SBRT治疗中的FFF射束进行精确定位，保证射束在精确打击癌变病灶的同时最大限度保护周围正常组织，进而实现SBRT治疗的安全性来说，意义重大。

这就要求医生在对病人进行SBRT治疗前，再次通过图像引导手段，精确确认治疗时刻病人肺癌区域的呼吸运动情况是否和SBRT治疗计划中的放疗靶区运动范围相吻合后再出束治疗。目前集成在线性加速器上的锥束CT(Cone Beam CT,CBCT)只能进行3D成像，其缺乏对运动器官的4D动态成像功能。

目前集成在线性加速器机架上的CBCT系统，只能进行传统3D-CBCT成像功能。因此CBCT目前只能用于放疗前摆位验证。尽管目前国际主流放疗加速器厂商已经提出基于解析法的4D-CBCT成像功能模块，但其成像效果欠佳，图象质量有待进一步改进。虽然目前最近推出的加速器CBCT已经提供了4D-CBCT成像功能，但其采用的成像方法伪影较多，图像质量较差。对于一些需要精确定位引导SBRT治疗的肺癌场景，不能起到良好的监控引导作用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提出了一种设计基于双边滤波的运动补偿高质量4D-CBCT图象重建方法，双边滤波操作实施在4D-DVF迭代优化过程中。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种设计基于双边滤波的运动补偿高质量4D-CBCT(4D-Cone Beam ComputedTomography)图像重建方法，该方法能够实现运动器官表面反向滑动运动的精确建模重建；该方法包括如下步骤：

1)建立基于瞬时代数重建技术的3D-CBCT运动补偿重建模型，重建出参考相位的高质量CBCT图像，参考相位为0％相位；

2)构建迭代优化过程，估计0％相位与其他4D相位图像之间的4D图像变形场模型，进而求解出包含运动器官表面之间反向滑动运动的精确4D-DVF(4D-Deformable VectorField)解；

3)将高质量0％相位图像按照4D-DVF最优解依次变形，获取最终高质量4D-CBCT图像序列。