基于MRI的多維放療技術(shù)若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、據(jù)WHO統(tǒng)計(jì)肺癌的發(fā)病率和死亡率均居惡性腫瘤的首位，放射治療是重要的治療首段之一。盡管以影像引導(dǎo)放療和調(diào)強(qiáng)放療為首的放療技術(shù)近年來發(fā)展迅速，但肺癌放療療效仍不理想，其中放射治療過程中腫瘤運(yùn)動及腫瘤內(nèi)部的生物異質(zhì)性是影響腫瘤控制率的重要因素。
　　呼吸運(yùn)動是導(dǎo)致腫瘤運(yùn)動的一個重要因素。其運(yùn)動特點(diǎn)在宏觀上表現(xiàn)出周期性，但從微觀時刻觀察又具有明顯的偶然性，這就導(dǎo)致呼吸運(yùn)動很難統(tǒng)一去描述，從而成為影響臨床放射治療精度的重要因素。放療中呼吸

2、運(yùn)動會引起腫瘤空間位移和腫瘤形變，造成靶區(qū)內(nèi)劑量分布下降，結(jié)果就是腫瘤的漏照和正常組織的誤照。為了減輕呼吸運(yùn)動的影響，現(xiàn)在常用的方式是靶區(qū)范圍的外擴(kuò)，憋氣，呼吸門控，腫瘤跟蹤等方式，但上述方式都有各自的缺陷，無法很好的滿足現(xiàn)代“精準(zhǔn)放療”的需要。
　　核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）可以提供組織的解剖及功能信息，且無電離輻射，因此成為圖像引導(dǎo)放療的研究熱點(diǎn)。隨著適形調(diào)強(qiáng)及自適應(yīng)放療技術(shù)的

3、發(fā)展，放療中除了要關(guān)注腫瘤運(yùn)動的時空信息外，基于圖像的功能信息即生物異質(zhì)性問題（靶區(qū)內(nèi)腫瘤細(xì)胞分布不均勻性、腫瘤細(xì)胞和正常組織的放射敏感性差異等）也同樣需要非常重視。因此，如何將腫瘤組織的功能信息有機(jī)的融入放射治療中，以提高腫瘤的局部控制率，同時減少放射損傷，就變得愈加重要。
　　綜上所述，在臨床上亟需一種模型能準(zhǔn)確描述呼吸和腫瘤運(yùn)動，以便在治療過程中精確跟蹤腫瘤，提高腫瘤控制率，減少正常組織的損傷。同樣也亟需一種功能影像的圖像分

4、析技術(shù)，通過獲得的分析結(jié)果，準(zhǔn)確描述腫瘤的生物異質(zhì)性，進(jìn)而預(yù)測腫瘤對于治療的敏感性、評估療效、反映損傷。本文便是基于上述兩方面的臨床需求開展了如下研究。
　　首先開展了基于MRI的呼吸運(yùn)動模型的研究，在總結(jié)已有的運(yùn)動模型基礎(chǔ)上，提出對現(xiàn)有模型的改進(jìn)，建立了一種無創(chuàng)的呼吸信號提取技術(shù)，回顧性的重建四維核磁圖像（Four dimensional Magnetic Resonance Imaging，4D-MRI）;結(jié)合了MRI的影像信

5、息，利用放射組學(xué)中紋理分析技術(shù)獲得腫瘤部分的生物異質(zhì)性，對腫瘤進(jìn)行分類，對療效和生存期進(jìn)行預(yù)測。概括全文的研究成果和貢獻(xiàn)，主要集中在以下三個方面:
　　第一，利用動態(tài)二維MR掃描序列，建立基于皮膚表面多點(diǎn)的呼吸運(yùn)動模型。利用同一時間采集的多個標(biāo)記點(diǎn)的位置表征當(dāng)前的呼吸狀態(tài)。不同于通常采用的基于單個標(biāo)記點(diǎn)的呼吸相位的概念，多標(biāo)記點(diǎn)表示的呼吸狀態(tài)反映了更為豐富的呼吸模式變化。然后，基于呼吸狀態(tài)的回顧性圖像分離技術(shù)獲得4DMR圖像，確定

6、不同呼吸狀態(tài)下腫瘤的位置、形狀。統(tǒng)計(jì)多點(diǎn)呼吸信號的幅值、速度和腫瘤的位置，建立一種能反映皮膚表面與腫瘤之間的個體化運(yùn)動關(guān)系的回顧式4D-MRI技術(shù)。
　　第二，利用放射組學(xué)紋理分析技術(shù)去描述腫瘤內(nèi)部生物異質(zhì)性。研究主要分為兩個部分:應(yīng)用MR圖像的紋理分析對腫瘤的分類進(jìn)行了相關(guān)研究;利用功能MR圖像的紋理分析技術(shù)對ESCC患者的療效和預(yù)后進(jìn)行了預(yù)測。詳細(xì)闡述了上述結(jié)果的原因機(jī)理和在臨床應(yīng)用中的價值。
　　第三，為了進(jìn)一步驗(yàn)證放