中文摘要：

运动靶区的放射治疗方法是当前放疗领域的一个研究热点，目前的解决方法是4D放疗和实时跟踪放疗。但这两个方法均存在局限性，前者要求治疗时靶区完全重复定位时的运动，而后者则完全不利用定位时获得的运动信息。本项目将两种方法有机地结合起来，提出基于4D计划的实时跟踪放射治疗方法(4DRTRT)，就该方法的4D计划设计部分和实时跟踪治疗部分开展研究。在4D计划设计部分，将建立特征标记优选算法、直接优化叶片/铅门运动轨迹的4D优化算法和优化特征标记在治疗射线束中的可见概率的算法，并将这些算法集成到一个研究型的3D计划系统，将系统升级为4D系统。在实时跟踪治疗部分，将建立特征标记的实时探测算法和根据特征标记位置偏离量修正射线束照射参数的算法。研究结果将为建立完整的4DRTRT系统提供创新的理论基础。由于人类高发肿瘤大多位于胸腹部(如肺癌)，会受呼吸和胃肠蠕动等生理现象的影响，研究结果将会有广泛的应用前景。

结论摘要：

由于人类高发肿瘤大多位于胸腹部（如肺癌），会受呼吸和胃肠蠕动等生理现象的影响，因此运动靶区的放射治疗方法是当前放疗领域的一个研究热点，目前的解决方法是4D放疗和实时跟踪放疗。但这两个方法均存在局限性，前者要求治疗时靶区完全重复定位时的运动，而后者则完全不利用定位时获得的运动信息。本项目将两种方法有机地结合起来，提出基于4D计划的实时跟踪放射治疗方法（4DRTRT），就该方法的4D计划设计部分和实时跟踪治疗部分开展研究。在4D计划设计部分，主要进行了三项研究内容（1）在静态调强治疗模式（SMLC）下考虑标记点可见性最大化的分子野序列算法。在利用实时跟踪技术进行调强放射治疗时，我们需要在患者体内（靶区或靶区附近区域）植入标记点，以利用影像系统（如EPID）对患者靶区的运动进行实施跟踪。由于调强治疗时多叶准直器（MLC）会形成大小形状不同的照射子野，因此我们需要尽可能多的提高标记点的探测概率，即使得标记点尽可能的出现在EPID上。为了量化标记点的探测概率，本研究在国际上首次提出了标记点可见性的概念，即标记点可见时间与射野照射时间的百分比比值。我们采用随机生成的6个测试野以及临床的15个测试野进行算法评估。结果表明，经子野序列最优后，标记点可见性均达到了最大值；（2）在动态调强治疗模式下考虑标记点可见性最大化的叶片轨迹算法。该研究内容与（1）相关，只是在动态调强模式下进行的叶片轨迹的优化，优化目标也是标记点可见性的最大化。结果表明，经叶片轨迹优化后，标记点可见性达到了最大值；三、治疗前穿刺阶段考虑标记点可见性的肿瘤靶区内标记点植入位置的优化。前面的研究内容已经实现了对于给定的标记点植入位置，计算得到最优化的子野序列或者叶片轨迹，使得对每一个照射野，标记点可见性均达到最大化。但是标记点植入的位置会影响照射野中标记点可见性的高低，因此，开展选取最佳标记点植入位置的研究是必要的。本研究现已初步实现对于给定的患者靶区及治疗计划，得到最佳的标记点植入位置，但关于植入位置可行性的研究尚在进行中；在实时跟踪治疗部分，建立能够对肿瘤靶区内部标记物更快、更准的实时探测算法，以能够在治疗过程中实时探测肿瘤位置，实时调整射线束或者治疗床以与内部肿瘤运动同步，以达到既能提高肿瘤控制率也能保护周围的正常组织，实现实时跟踪放疗，取得更好的治疗效果。