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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:范佩華
研究生(外文):Pei-hua Fan
論文名稱:自動化邊緣分割演算法應用於放射治療中食道之移動定量分析
論文名稱(外文):Automatic Boundary Extraction Algorithm and its Applications to Esophagus Motion Quantification in Radiotherapy
指導教授:許靖涵
指導教授(外文):Ching-han, Lance Hsu Ph,D
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:原子科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:自動邊緣偵測移動定量分析
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食道腫瘤放射治療在製作治療計劃的過程中,針對腫瘤因呼吸及胸腔內如心跳、吞嚥蠕動等作用產生的移動,需加入2-3公分的安全邊距。其中機器的變異性及每日設定的誤差所需的邊距,可藉由品質保證量測及治療前驗證片拍攝評估。而食道移動所需的內部安全邊距,目前僅採用普遍的經驗值加設。
本研究的目的是藉由分析x光透視攝影,觀察食道因受腫瘤壓迫所形成鋇劑聚積,在影像序列間位置隨時間的變化,提供治療計劃中所需內部安全邊距的相關資訊。本研究所提出之自動化邊緣分割演算法,主要分為影像前置處理、影像邊緣偵測、邊緣訊號後處理及移動定量分析四個部分。
食道x光透視攝影,經自動化邊緣分割演算法處理後,可得和腫瘤相關的食道在頭腳向的移動為0.6-1.74公分、在前後向的移動為0.2-0.6公分。且演算法分析30秒之透視影像序列僅需5分鐘的處理時間。因此本研究所提出之自動化邊緣偵測演算法,可快速的提供治療計畫中個別病患所需的內部安全邊距,有效的縮減正常組織接受高劑量照射,提升放射治療之成效。
As the prescribed dose difference between tumor cell and normal tissue increases due to the advances of treatment technology, the treatment planning becomes more sensitive to treatment uncertainties. Among various treatment uncertainties, accurate evaluation of organ motion is a key factor to quality improvement in treatment planning.
In this study, we propose an automatic boundary extraction algorithm to extract medium-contrast enhanced esophagus in fluoroscopy. The algorithm is based on image thresholding, image edge detection, morphological closing to identify the esophageal boundary, and motion quantification of mass center.
The results of boundary extraction can provide an accurate motion estimate of the internal margins in superior-inferior direction around 0.6~ 1.74cm, and in anterior-posterior around 0.2~ 0.6cm. The algorithm can also extract edge position in the image sequence automatically and identify esophageal boundary efficiently.
Our experimental results have indicated the amount of esophageal motion extracted by the proposed algorithm serves as a good reference for the internal margin needed in radiotherapy. It is clinically feasible to increase the prescribed tumor dose while to reduce the normal tissue absorption.
目錄 i
圖目錄 iii
表目錄 vii
第 1 章 前言 1
第 2 章 放射腫瘤治療 4
第2-1節 輻射生物效應 5
第2-2節 治療體積定義 7
第2-3節 治療計劃 11
第2-4節 治療不確定性 13
第2-4-1節 設定誤差 15
第2-4-2節 器官移動 16
第 3 章 器官移動評估 17
第3-1節 治療間器官移動 17
第3-2節 治療中器官移動 18
第3-3節 食道癌治療計劃 19
第3-3-1節 電腦斷層攝影之影像限制 22
第3-3-2節 食道移動成因分析 23
第3-4節 X光透視攝影觀察食道之移動 23
第3-4-1節 X光透視影像特性 23
第3-4-2節 食道移動量化評估 24
第 4 章 影像處理原理 25
第4-1節 閾值分割法 25
第4-2節 影像邊緣偵測 28
第4-2-1節 灰階梯度運算 29
第4-2-2節 邊緣定義 32
第4-3節 影像差異分析 33
第4-4節 邊緣訊號連續性分析 35
第4-4-1節 影像點的鄰近 35
第4-4-2節 影像點的連通性 35
第4-5節 Mathematical Morphology 36
第4-5-1節 結構運算子 37
第4-5-2節 Dilation和Erosion 38
第4-5-3節 Opening和Closing 40


第 5 章 實驗方法與結果 42
第5-1節 影像資料擷取 43
第5-2節 影像前置處理 45
第5-2-1節 方法 45
第5-2-2節 結果 48
第5-3節 影像邊緣偵測 49
第5-3-1節 方法 49
第5-3-2節 結果 51
第5-4節 邊緣訊號後處理 54
第5-4-1節 方法 54
第5-4-2節 結果 57
第5-5節 邊緣定位與移動量化分析 60
第5-5-1節 單一邊緣選取 60
第5-5-2節 質心位置計算 61
第5-5-3節 質心移動量化分析 62
第 6 章 成效評估與討論 65
第6-1節 邊緣正確性評估 65
第6-1-1節 評估標準建立 65
第6-1-2節 評估參數建立 66
第6-1-3節 評估結果與討論 67
第6-2節 參數影響分析 69
第6-2-1節 時間解析度及影像差異分析 69
第6-2-2節 閾值選擇 72
第6-2-3節 不連續邊緣訊號去除次數 74
第6-2-4節 局部邊緣搜尋範圍 76
第6-3節 移動可信度評估 78
第6-3-1節 評估標準建立 78
第6-3-2節 評估結果與討論 81
第 7 章 結論與未來方向 88
參考文獻 90
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