用于锥束CT散射校正的快速蒙特卡罗工具
编号：72
稿件编号：94 访问权限：仅限参会人
更新：2021-10-30 18:52:51 浏览：1548次
口头报告
报告开始：2021年11月14日 13:45 （Asia/Shanghai）
报告时间：15min
所在会议：[PS1] Plenary Session 1 » [CT1] Workshop on CT
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摘要
目的：锥束CT（Cone-beam, CBCT）在放射治疗中发挥着越来越重要的作用[1, 2]，但其图像质量会因散射光子的影响而降低。基于蒙特卡罗模拟的校正方法能够有效地提高图像质量[3, 4]。本研究基于Archer快速蒙卡剂量计算引擎[5, 6]，开发了一种用于CBCT散射校正的工具，能够模拟成像过程并校正散射光子。
方法：首先，在Archer中根据厂商提供的资料建立了Varian Trilogy机器的机载CBCT系统的模型，包括源、初级滤波器、bowtie滤波器和探测器等，其中使用的源能量为120kVp，靶光束角为14°，源轴距为100 cm，源到探测器距离为150 cm。然后，在Archer中使用GPU加速的蒙特卡罗算法，模拟CBCT照射水箱的成像过程，得到由初级光子和散射光子组成的原始模拟投影。在相同的模型中，可以通过去除康普顿散射和瑞利散射中的散射光子，得到校正后的投影。最后，将原始模拟投影与武汉协和医院的Trilogy机载CBCT实际投影结果进行对比。水箱尺寸20 cm×10 cm×20 cm，体素大小为0.652 mm×0.652 mm×1.50 mm，投影方向为90°。
结果：原始模拟投影和测量投影的主要区域之间的平均相对误差、结构相似度(Structural Similarity, SSIM)和峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)分别为4.66%、0.83和24.33。
结论：基于Archer快速蒙卡剂量计算引擎的CBCT散射校正工具可以快速准确地完成成像过程的模拟，和实际投影之间的差距较小。然而，还需要进一步的工作，如散射校正后的投影进行图像重建等。
关键词：蒙特卡罗;锥束CT;散射校正;放射治疗
参考文献
1. Letourneau, D., et al., Cone-beam-CT guided radiation therapy: technical implementation. Radiotherapy and Oncology, 2005. 75(3): p. 279-286.
2. Wei, W., N.I.E. Shengdong, and W.U. Guohua, Application of cone-beam CT technology in radiation therapy. Chinese Journal of Medical Imaging Technology, 2011. 27(5): p. 1074-1077.
3. Jarry, G., et al., Characterization of scattered radiation in kV CBCT images using Monte Carlo simulations. Medical Physics, 2006. 33(11): p. 4320-4329.
4. Boone, J.M. and J.A. Seibert, Monte Carlo simulation of the scattered radiation distribution in diagnostic radiology. Medical Physics, 1988. 15(5): p. 713-720.
5. Su, L., et al., ARCHER(RT) - A GPU-based and photon-electron coupled Monte Carlo dose computing engine for radiation therapy: Software development and application to helical tomotherapy. Medical Physics, 2014. 41(7).
6. Xu, X.G., et al., ARCHER, a new Monte Carlo software tool for emerging heterogeneous computing environments. Annals of Nuclear Energy, 2015. 82: p. 2-9.
方法：首先，在Archer中根据厂商提供的资料建立了Varian Trilogy机器的机载CBCT系统的模型，包括源、初级滤波器、bowtie滤波器和探测器等，其中使用的源能量为120kVp，靶光束角为14°，源轴距为100 cm，源到探测器距离为150 cm。然后，在Archer中使用GPU加速的蒙特卡罗算法，模拟CBCT照射水箱的成像过程，得到由初级光子和散射光子组成的原始模拟投影。在相同的模型中，可以通过去除康普顿散射和瑞利散射中的散射光子，得到校正后的投影。最后，将原始模拟投影与武汉协和医院的Trilogy机载CBCT实际投影结果进行对比。水箱尺寸20 cm×10 cm×20 cm，体素大小为0.652 mm×0.652 mm×1.50 mm，投影方向为90°。
结果：原始模拟投影和测量投影的主要区域之间的平均相对误差、结构相似度(Structural Similarity, SSIM)和峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)分别为4.66%、0.83和24.33。
结论：基于Archer快速蒙卡剂量计算引擎的CBCT散射校正工具可以快速准确地完成成像过程的模拟，和实际投影之间的差距较小。然而，还需要进一步的工作，如散射校正后的投影进行图像重建等。
关键词：蒙特卡罗;锥束CT;散射校正;放射治疗
参考文献
1. Letourneau, D., et al., Cone-beam-CT guided radiation therapy: technical implementation. Radiotherapy and Oncology, 2005. 75(3): p. 279-286.
2. Wei, W., N.I.E. Shengdong, and W.U. Guohua, Application of cone-beam CT technology in radiation therapy. Chinese Journal of Medical Imaging Technology, 2011. 27(5): p. 1074-1077.
3. Jarry, G., et al., Characterization of scattered radiation in kV CBCT images using Monte Carlo simulations. Medical Physics, 2006. 33(11): p. 4320-4329.
4. Boone, J.M. and J.A. Seibert, Monte Carlo simulation of the scattered radiation distribution in diagnostic radiology. Medical Physics, 1988. 15(5): p. 713-720.
5. Su, L., et al., ARCHER(RT) - A GPU-based and photon-electron coupled Monte Carlo dose computing engine for radiation therapy: Software development and application to helical tomotherapy. Medical Physics, 2014. 41(7).
6. Xu, X.G., et al., ARCHER, a new Monte Carlo software tool for emerging heterogeneous computing environments. Annals of Nuclear Energy, 2015. 82: p. 2-9.
关键字
蒙特卡罗;锥束CT;散射校正;放射治疗
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