放射物理学9 课件.pptVIP

利用常规模拟机实现类似CT断层影像。 模拟机CT(simulator CT)的主要优点是它的有效扫描射野比CT机的大，但大射野长距离(X射线球管靶至探头距离)的扫描增加了X射线管的负荷和热量。 三、模拟机CT 大射野长距离限制了模拟机CT在同一时间能够取得的扫描层片数。不可能使胸腹部的扫描薄到0.8cm、头部的扫描薄到0.5cm。 对于治疗部位，因获得的CT层片数有限，使得重建的3D图像质量差。 但模拟定位机本身能够提供高质量的射野影像，不必用模拟机CT的扫描片重建DRR（数字重建影像）图像。所以其一般只用来作靶区和器官的重建，范围较小，所以模拟机CT的扫描层厚可以减薄，改进重建图像的质量。扫描层片数（20层左右）就可以，球管也可以承受。 困扰的主要问题只是整个扫描时间需要20min左右。 模拟机获得的图像质量虽然很高，但却是两维的影像，因解剖结构的重叠失去许多对诊断或定位有价值的信息。 为获得更多的横断面内的解剖结构的细节，发明了CT。 CT再结合数字影像重建技术和显示技术的发展，出现了用于放射治疗的CT模拟机。即利用CT机实现模拟机的功能。 四、CT模拟 实现方法： ①三维重建得到“3D假体”（virtual patient）； ②在“3D假体”上进行治疗方案的模拟和验证。 例如，为了得到类似模拟定位机的射野定位片或证实片，此时因为有“3D假体”，所以可以通过虚拟模拟方式实现。得到数字重建的射线影像。 ①一台高档的扫描视野大(FOV≥70cm)的CT扫描机。螺旋扫描CT最为理想，因为能在极短时间内取得患者治疗部位的全部信息。CT扫描视野(FOV)越大，就能允许安排各种特殊治疗体位的CT扫描。 一个完整的CT模拟应由三部分组成： ②一套具有CT图像的三维重建、显示及射野模拟功能的软件。这种软件可以独立成系统，也可以融入三维(3D)治疗计划系统中。 ③一套激光射野模拟器。经计划系统设计好的射野，通过激光射野模拟器，将射野形状的外轮廓和射野中心轴等投射到患者皮肤上，便于作射野相关的标记。 CT扫描机与激光射野模拟器一起构成CT模拟机(CT－simulator)；而利用具有三维重建和射野模拟功能的软件进行射野的模拟与验证的过程，称为“3D假体”的计算机模拟透视与照相，即虚拟模拟(virtual simulation)。CT模拟机与虚拟模拟一起构成的整个过程称之为CT模拟(CTsimulation)。 DRR是实现CT模拟的重要构成部分，代替常规模拟机对虚拟“患者”进行X射线透视和照相。 五、数字重建的射线影像的算法 DRR片的模拟生成过程基本上分为四步： ①从虚源沿类似X射线透视或照相方向，将虚源射线分成好多条扇形线(tracing ray)，每条扇形线对应DRR平面内的一个像素。 ②每条扇形线所通过的CT体素(或像素)单元的交点，经插值后获得它的相对应的CT值。 ③将每条扇形线上通过CT片上的交点的CT值转换成电子密度值并累加，求得每条扇形线通过患者体厚后相应的有效射线长。 ④将有效射线长度按灰度分级并显示，形成DRR图像。 扇形线的选择是关键，扇形线的数目可以多于影像平面像素单元数，但多数情况下使其与DRR影像平面的像素单元数相等。有两种方法构成扇形线： ①等间距扇形线，每条扇形线与影像平面的交点称为像素单元。 ②虚源与影像平面的像素单元的连线。这种扇形线真实代表了通过虚源的射线。 患者治疗部位的三维电子密度 与CT值间的关系为： 每条扇形线穿过CT图像组中不同位置的体素(或像素)单元后，最后到达影像平面形成一个像素单元，其总的衰减量为沿扇形线上所有CT体素(或像素)单元的衰减量的累积。 影像平面上点（xd，yd）对应的光子强度： 的相对电子密度(无量纲)。根据定义，每条扇形线上CT体素单元对应的射线厚度之和为： 为第i个体素单元的组织相对于水 因此，上式可以写成： ， 为水的线性衰减系数，可查表得到。 式中 （9－8） （9－9） 上述DRR图像的重建，只考虑原射线的衰减作用，没有考虑散射线的影响。 因此， 则(9－8)式可写成： 每个CT体素单元中的相对电子密度由CT值转换得到，在CT扫描所使用的kV条件下，主要受光电效应和康普顿散射的影响。因此，在计算每条扇形线上值 之前，可以对特定的组织如骨、脊髓等结构的相对电