非小细胞肺癌放疗时保护正常组织和肺功能的新技术研究

对不能手术或不愿手术的局部晚期非小细胞肺癌患者，放疗是最主要的治疗手段。传统放疗非个体化扩大范围照射，不区别对待肺的功能区和非功能区，加重了正常组织的损伤，影响疗后生存质量。个体化精确放疗同时保护肺功能区，可减少放射性肺炎等严重并发症，改善疗效。本研究组在前期研究基础上：提出直接基于Cine模式的4D-CT 扫描投影算法，实现运动靶区照射范围快速个体化精确勾画，减小正常组织损伤；利用Demons变形图像配准算法改进从常规CT 分割肺功能区的方法，实现从4D-CT 中自动提取肺功能区的三维分布，取代SPECT等功能影像；基于个体化靶区信息和肺功能区分布，探讨对正常组织和肺功能进行保护的调强放疗计划优化方法。主要特色与创新：不借助SPECT、PET、MRI等影像设备，仅利用4D-CT投影和变形图像配准技术，实现肺功能图像引导的个体化调强放疗，减少正常组织损伤，保护肺功能，降低并发症，提高疗效。

对不能手术或不愿手术的局部晚期非小细胞肺癌患者，放疗是最主要的治疗手段。传统放疗采用非个体化的扩大范围照射，不区别对待肺的功能区和非功能区，会加重了正常肺组织的损伤，影响患者放疗后的生存质量。个体化精确放疗同时保护肺功能区，可望减少放射性肺炎等严重并发症，改善疗效。为此，我们进行了以下研究：（1）开发出了基于“相邻图像最相似原理”和“基于胸腹/肺体积变化”的4D-CT重建软件系统，实现了高质量的4D-CT图像重建，为非小细胞肺癌靶区的精确勾画创造了必要条件。（2）在4D-CT重建研究的基础上，我们提出了直接基于Cine扫描CT图像的平均密度投影（AIP）和最大密度投影（MIP）算法，开发了“书旭4D-CT快速投影重建系统”（ZHANGShuxu AIP/MIP CT），利用该系统，能“一键式”完成多相位4D-CT中的靶区范围的精确勾画，有效地解决了在4D-CT中进行靶区勾画时工作量巨大的难题。（3）为了获得肺通气功能的三维分布，我们利用变形图像配准和图像重建技术，开发了从非小细胞肺癌患者患者的4D-CT中自动提取肺通气功能三维分布的软件系统：书旭4D-CT肺功能评估系统（ZHANGShuxu 4D-CT LF）。（4）在4D-CT靶区范围精确勾画和肺通气功能三维分布的基础上，我们进行了普通调强放疗(IMRT)计划和保护肺功能的生物调强放疗(Bio-IMRT)计划的对比研究，结题发现：在均分角度照射时，Bio-IMRT计划能有效地降低功能肺的受照剂量，能较好地保护肺功能；当进一步优化照射角度后，还能进一步减小功能肺的受照剂量，从而减小放射性肺炎的发生率和严重程度，改善患者的生活质量，达到保护肺功能的个体化精确放疗的目的。.课题研究过程中，发表相关研究论文19篇（其中，4篇SCI，3篇EI）、获得软件著作4项，培养了2名硕士研究生，取得了1项广州市科技成果，获得1项发明专利，研究成果远超预期，圆满地完成了研究任务。