影像處理工具為放射治療過(guò)程提供數(shù)據(jù)集成，因此促成了醫(yī)學(xué)物理師、計(jì)算機(jī)專家以及數(shù)學(xué)家們之間有趣的相互合作。影像處理將重建、適應(yīng)、集成與成像數(shù)據(jù)評(píng)估應(yīng)用到放射治療過(guò)程中，以確保治療計(jì)劃、實(shí)施與療效評(píng)估使用的信息精確、高效和有效。影像處理包括在重建和評(píng)估階段對(duì)影像合成的數(shù)學(xué)處理，以及將這些合成信息應(yīng)用到日漸復(fù)雜的放射治療工作流程中。本書對(duì)所使用的這些技術(shù)及其在放射治療中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。
在過(guò)去的二十年間，影像在放射治療過(guò)程中的應(yīng)用顯著增加。該領(lǐng)域最初僅采集計(jì)算機(jī)斷層影像，后來(lái)迅速發(fā)展到將多時(shí)相計(jì)算機(jī)斷層掃描成像、磁共振成像、正電子發(fā)射斷層成像以及單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像應(yīng)用于計(jì)劃、治療時(shí)的容積成像以及在整個(gè)治療過(guò)程中采集額外的診斷級(jí)影像用于二次評(píng)估。這些影像的加入使得醫(yī)師可以更精確地分辨出腫瘤與危及器官，以及生理性運(yùn)動(dòng)對(duì)這些器官位置的影響。除了能夠分辨這些結(jié)構(gòu)之外，治療計(jì)劃的進(jìn)展（如調(diào)強(qiáng)適形放射治療）使得復(fù)雜治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)成為可能，從而更精確地將腫瘤作為目標(biāo)同時(shí)避開(kāi)危及器官。影像數(shù)量、勾畫的組織結(jié)構(gòu)數(shù)量和治療計(jì)劃精度的增加對(duì)臨床上融合和分割這些影像提出了更高的要求。勾畫組織結(jié)構(gòu)花費(fèi)的時(shí)間從幾分鐘至幾小時(shí)不等，對(duì)影像自動(dòng)分割和多模態(tài)影像的高精度配準(zhǔn)也提出了要求。而這些要求隨著室內(nèi)成像技術(shù)的引入進(jìn)一步增加。室內(nèi)成像提供額外的患者信息，包括治療過(guò)程中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)模式的變化及治療效果。大多數(shù)新型成像設(shè)備需要有新的重建技術(shù)和方法來(lái)處理數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的不確定因素，例如呼吸運(yùn)動(dòng)。由于需要將這些技術(shù)高效地應(yīng)用至繁忙的臨床工作流程中，因此室內(nèi)容積影像的采集對(duì)影像配準(zhǔn)提出額外的要求。由于每天都可以觀察到患者的三維解剖結(jié)構(gòu)，因此可在治療過(guò)程中觀測(cè)腫瘤和正常組織的反應(yīng)，而這些需要額外的診斷成像及相應(yīng)的配準(zhǔn)和分割操作。患者整個(gè)治療過(guò)程中可輕易獲取四十多組三維影像，并且每組影像中有二十多種結(jié)構(gòu)待分割。照此看來(lái)，對(duì)影像處理，包括重建、分割和配準(zhǔn)的需求變得日益迫切。
本書涵蓋形變配準(zhǔn)、影像分割、影像重建以及將這些技術(shù)整合進(jìn)放射治療過(guò)程的內(nèi)容。第一部分指出放射治療實(shí)踐包括自適應(yīng)放射治療、在線監(jiān)測(cè)和追蹤、劑量累積和精確度評(píng)估推動(dòng)影像處理不斷發(fā)展。第二部分講述了實(shí)現(xiàn)形變配準(zhǔn)的數(shù)學(xué)方法，以及用于配準(zhǔn)技術(shù)的相似性度量，包括其在放射治療中的有效性和實(shí)用性。此外，該部分對(duì)有參數(shù)和無(wú)參數(shù)影像配準(zhǔn)技術(shù)及其在放射治療過(guò)程中的應(yīng)用也進(jìn)行了詳細(xì)的描述與評(píng)估。第三部分主要討論了影像分割技術(shù)，包括基于圖譜庫(kù)、水平集以及基于配準(zhǔn)的技術(shù)，并評(píng)估這些技術(shù)的效率、魯棒性以及應(yīng)用范圍。第四部分詳細(xì)介紹了三維影像重建、呼吸控制、室內(nèi)成像技術(shù)和應(yīng)用圖形處理器（GPU）進(jìn)行影像配準(zhǔn)等方面的進(jìn)展。
本書旨在對(duì)影像分割和配準(zhǔn)的技術(shù)、算法、室內(nèi)成像技術(shù)、先進(jìn)重建技術(shù)以及臨床基本原理與應(yīng)用等方面的知識(shí)進(jìn)行詳盡的介紹，適合醫(yī)學(xué)物理師、臨床醫(yī)師、劑量師、治療師以及醫(yī)學(xué)物理與相關(guān)領(lǐng)域的受訓(xùn)人員閱讀和參考。本書受益于國(guó)內(nèi)外作者的貢獻(xiàn)，他們開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的影像處理技術(shù)并致力于將其應(yīng)用于臨床工作之中。書中對(duì)算法、技術(shù)、應(yīng)用實(shí)例及臨床轉(zhuǎn)化等詳盡的描述足以證明他們具有淵博的學(xué)識(shí)。在此，對(duì)他們卓越的貢獻(xiàn)表示衷心的感謝。