● 摘要
术中放射治疗是一种重要的肿瘤治疗方法，在国外已经得到广泛应用。国内只有少数几家医院开展了这一项工作，而与其配套的治疗计划系统的研制仍是空白。论文在设计术中放射治疗计划系统功能需求的基础上，解决了系统设计中的几个关键问题：术中三维B超数据的获取、三维可视化交互和数字影像数据的重建等，最终实现了一套术中放射治疗计划系统，目前该系统已交付合作单位临床试用。由于超声成像具有无侵入性、实时性以及成像灵活性的特点，在临床的日常检查和术中检查得到广泛的应用。本文对Freehand三维B超成像技术进行了探讨：(1)实现了基于可见光双目立体视觉的B超三维图像采集方法。结合硬件同步器和外触发CCD相机实现了双目立体CCD图像和实时B超图像的精确同步采集；(2)利用距离加权插值算法实现了三维B超图像的断层重建，构造了三维B超实时成像系统。并分析了三维成像系统的误差来源和系统的精度；(3)利用基于患者体表的标记点结合立体视觉定位信息实现三维B超图像与CT断层图像的空间配准。医学图像可视化是可视化技术应用最广泛的领域，也是治疗计划系统重要的组成部分，它旨在帮助医师更直观、更准确的进行肿瘤的诊断和治疗；VTK(Visualization Toolkit)是一个面向对象的、模块化设计的、功能强大的图形图像处理和可视化类库，在数据可视化领域得到了广泛的应用。本文讨论了运用 VTK进行三维模型重建和剖切的实现方法，并在分析现有的剖切平面确定方法缺点的基础上，基于VTK的用户交互接口和回调函数实现了剖切平面的三维交互。数字影像重建技术(DRR)在摆位验证、图像配准及治疗计划验证中起着至关重要的作用。目前常用的DRR算法重建出的图像质量不太理想，本文实现了一种实用的DRR算法。该算法采用光线追踪的思想，将光线所穿透的体数据所对应的电子衰减累加，并对累加后的数据进行增强处理，以得到对比度更强而又保留丰富细节的重建图像。文中讨论了光线遍历步长和采样点CT值插值方法对算法速度及重建图像质量的影响；分析了体数据CT值到电子衰减系数的转换关系；并提出了利用对数和幂变换的重建影像增强方法。实验结果说明该算法能获取较好图像质量，而且时间复杂度低，能够满足临床应用的要求。