【关键词】锥形束；放射治疗；图像处理
随着医疗水平的不断增高，人类的一些疾病都可以被治愈或被有效控制，但就现阶段而言，仍有一些顽固性疾病并不能够进行根治，如相关恶性肿瘤疾病。恶性肿瘤疾病具有扩散的特点，一旦肿瘤疾病扩散，便会进一步降低患者被救治的几率。医疗机构在治疗患者的肿瘤疾病过程中，多会采用手术治疗、放射治疗、化疗等方式，患者经过放射治疗后，病情可以得到一定程度上的缓解。放射治疗中将锥形束与直线加速器有机结合，可以提高放射治疗的有效率。将锥形束CT(cone-beam computed tomo-Graphy，CBCT)与直线加速器有机结合，掀开了影像.引导下放射治疗(image-guided radiotherapy，IGRT)技术的新篇章，通过容积成像技术可大幅提高放射治疗效率。
1.2 CBCT与CT的区别
与CT采用线状探测器进行二维扇形束扫描不同，CBCT使用二维面状探测器进行三维锥形束扫描。CBCT与传统CT的最大区别在于:传统CT的投影数据是一维数据，重建后的图像数据是二维数据，其重组的三维图像是连续多个二维切片堆积而成；CBCT的投影数据是二维数据，重建后可直接得到三维图像。CBCT扫描时可覆盖整个视野，机架仅旋转一周即可获取一个体积数据来重建图像，并可通过重建软件重新堆叠形成二维灰度图像。
2.锥形束CT在放射治疗中的具体应用
2.1锥形束CT的具体特点
锥形束CT通常具有结构紧凑的特点，这可以利于实际应用过程中的探测；具有空间分辨力高的特点，这可以提高医疗人员对患者病变位置的判断；具有数据采集时间短的特点，这可以加快实际放射治疗过程中的速度；具有曝光剂量小、射线利用效率高、辐射剂量小等优点，可以降低患者在治疗期间感受到的痛苦。另外，该CT技术还能够在治疗为主进行X线透视、拍摄图片，这更为有利于医疗人员对患者的病情的了解，从而给予更合理的治疗。
2.2锥形束CT在放射治疗中应用
锥形束CT在实际应用过程中，多应用于验证和纠正治疗位置，这样可以提高治疗过程中的治疗精度。具体实施流程：首先，应根据患者的不同病变位置使用不同的扫描预案，确定位置后将相关设备准备后；待准备环节操作完毕后，应进行扫描操作，扫描过程中会针对每一角度自动采集一帧图像，在循环360度后大约可以拍摄650幅图像；重建采集算法，再一次采集图像；重建数据与原始数据采用DICOM格式进行保存；选择适当的XVI配准方式，是重建数据图像与治疗计划中患者的CT模型相匹配，从而计算出治疗床需要调节的参数。另外，利用锥形束CT技术也能够用于对患者肿瘤发展轨迹的监控。
2.3锥形束CT技术应用过程中存在的问题及发展趋势
具体问题主要包括，如该技术的应用过程中，一般会持续较长的扫描时间与重建时间，若通过减少扫描角度缩短扫描时长，则会影响到成像的质量；靶区较容易发生位移，且难以控制，针对这一问题现象，并没有教好的解决方案，导致靶区位移现象的成因有多种，如呼吸作用产生的位移。
3.锥形束CT成像后处理技术的应用
3.1导致图像伪影的原因及校正
锥形束CT技术的主要作用，即实现对图像采取的引导，这针对低对比度组织的分辨有着较为积极的作用，其原理使由于矩形束CT算法均是按照理想模型计算，但实际上系统射线是多能的；其次，面探测其的射线采集效率也大为地域线阵列探测器，同时由于采用锥形束技术是开放扫描方式，故矩形束的散射影响远远超过传统CT技术。
锥形束CT成像的过程中，若产生伪影，可能会导致患者的病变区域被掩盖。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆散射源主要是X射线与人体结构的作用，另外，X线源的射线硬化、非理性探测器并不能够实现对患者病变位置的运动，这也会产生锥形束CT成像的质量问题。此外，患者在呼吸运动的状态下，也会导致一些伪影现象发生。
锥形束图像伪影校正：锥形束图像的伪影主要来自X线散射、扫描物体运动、平板探测器本身性能。探测器中心部分散射信号会在投影图像上产生“杯状”伪影；同时“杯状”伪影与扫描物体大小呈正相关，物体与扫描中心的相对位置影响其显示位置。与扇形束CT相比，到达CBCT探测板的X线散射明显增多，对图像的影响更加明显。减少散射伪影的方法有物理和软件修正两类方法。物理修正包括防散射栅和射线滤过器，软件修正包括重建前修正和重建后修正。用基于蒙卡模拟产生散射核叠加的方法，对MVCBCT图像进行重建前散射修正，Rando-Alderson头部模体结果显示该方法可以明显减少图像“杯状”伪影；应用重建后的图像计算电子密度，偏差由30%减少至8%。
3.2 CBCT图像处理技术
国内外研究主要以改进硬件和重建方法为主提高CBCT图像质量。硬件改进方式:硬件滤波，这是最常用的方法，但减少了X线量，使得图像的信噪比降低；改进FPI材料(如使用羟磷灰石材料:380 mg/cm3；使用反散射栅格及在kV级射线源上安装一个束补偿滤波器，以提高图像质量；利用软件改进CBCT图像质量主要体现在三个方面:
（1）改进CBCT重建方式:修正FDK锥形束重建算法；②提高重建宽度方法，将CBCT与CT配准后确定新的CBCT序列，通过增大螺跑和优化相位角，增加ROI的重建范围；使用二维和三维滤波改进图像质量，运用平均、中值或高斯平滑改进多平面图像质量]；使用正向投影重建减少金属伪影；对运动(呼吸)的解剖形变进行四维重建，依据时间数的形变模型，建立一系列CBCT投影，迭代调节模型参数实现图像优化等，CT中的一些经典方法，如X线准直器、滤线器方法等校正散射的硬件方式，增加原射线的比例，但并未完全去除散射，对大的FOV不适用(例如胸部)，与临床实际需要尚有较大差距。
（2）对CBCT图像进行散射校正
使用多项式插值的散射评估算法；基于散射校正板(beamstop array，BSA)，利用插值卷积运算校正X线散射效应；以移动阻断(moving blocker-based)为基础的校正；通过建立散射的数学模型，使用数字滤波校正技术校正CBCT的X线散射。除以上方法外，还有基于蒙特卡罗的模拟法以及直接测量和经验探讨方法等。
（3）对投影图像进行去噪或三维重建等后处理
去噪方法包括:对重建前图像进行基于多尺度奇异性检测；运用小波与数字重建滤波器相结合的方法对CBCT图像进行全局去噪；自适应滤波算法去除高斯噪声和脉冲噪声；基于系数分类的CBCT去噪算法等。这些方法在兼顾去噪和保留图像边缘信息上还有待进一步研究。
4.结语
综上所述，为了提高放射治疗过程的精度，减少摆位的误差，可以采用将锥形束CT技术整合于直线加速器中，实现引导放射治疗过程中高质量成像地目的，同时可以通过在线调整治疗图像与计划图像的方法，进而提高质量过程中的准确度。针对以上优化方案可能导致重建图像密度分辨力低的特点，可以从硬件与软件两个方面进行优化，使图像质量提高。
参考文献
[1]李平，陈敏斌，唐敏，et al.锥形束CT在宫颈癌调强放射治疗中摆位误差分析[J].临床肿瘤学杂志，2019(5):440-444.
[2]姜秀贤.锥形束CT(CBCT)在盆腔肿瘤放射治疗摆位中的应用效果[J].中国保健营养，2017，27(3):324-325.
[3]孙波，徐寿平，滑鹏，et al.锥形束CT在肺癌患者精确放疗的应用[C]//2018年国际检验医学杂志学术年会.0.
[4]李庆，邓宗强，付美凤，et al.老年食管癌在调强放射治疗中摆位误差的研究[J].肿瘤学杂志，2018(8).
论文作者:张基
论文发表刊物:《医师在线》2019年23期
论文发表时间:2020/3/17
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