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研究目的：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。借助影像学的手段如单光子发射计算机断层扫描（single-photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射计算机断层扫描（positron emission tomography，PET）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等设备可以实现肺功能区分布的成像，但这些技术存在诸多局限，如成像速度慢，对设备要求高，检查过程复杂等。为实现简便、快捷的量化三维肺通气功能，本研究主要探讨利用三维变形配准技术基于同体最大吸气相位和最大呼气相位CT获得肺通气的三维分布，以进一步实现肺功能图像引导的调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)。 材料与方法：本课题采用的图像资料分为两种：一种为肺癌病例普通CT图像10例，均来自本院2011年3月~11月具有放疗指征且进行CT模拟定位的患者，使用GE LightSpeed16排螺旋CT进行模拟定位，附加采集最大吸气末屏气和最大呼气末屏气状态下胸部CT图像。另一种为四维CT(4D computed tomography，4D-CT)图像一例，首先由放疗患者在自由呼吸状态下进行电影模式(Cine模式)扫描，然后将电影模式扫描所得图像(Dicom3.0格式)传至张书旭等开发的4D-CT重建软件系统 ZHANGShuxu4D-CT(V1.0，登记号：2010SR028779)进行四维重建，提取吸气末及呼气末双相位图像，最后将所有同体双相位CT图像分别传至Inter?Core?双核PC机进行处理。 首先，基于阈值算法在Microsoft Visual C++2008平台上实现肺组织轮廓的自动分割并进行人工辅助分割。分割结果由资深影像诊断医师进行主观评价。然后，将最大吸气相位和最大呼气相位CT图像分别作为参考图像和浮动图像，使用基于ITK3.2和VTK5.6的Elastix V4.4工具包进行多分辨率B样条变形配准。配准效果分别利用相关系数(Correlation Coefficent,rcc)、均方根误差(the Root Mean Square Error,MSE)、归一化互信息(Normal Mutual Information,NMI)进行参数评价。最后，根据配准形变场的Jacobian矩阵能够反映空间体素的收缩或扩张这一物理含义，将Jacobian理论类比到肺组织CT图像中，计算出肺组织的收缩或扩张程度，量化后以伪彩图的方式显示即可反映出肺通气功能的高低。 结果：在对10例肺癌病例图像进行自动及人工分割后，经资深影像诊断师目测检验，得到平均分割满意率为95％，平均每层分割时间为15s；4D-CT双相位图像平均分割满意率为98%，平均每层分割时间为8s。变形配准前后的客观参数评价结果显示：对于普通双相位 CT图像，相关系数均值由0.898上升至0.957，灰度均方根误差均值由43.81下降至36.09，归一化互信息均值由0.7598上升至0.9074；对于4D-CT双相位图像，相关系数由0.9857上升至0.9926，灰度均方根误差由2.3656下降至0.2919，归一化互信息值由0.7356上升至0.817。在依次经过图像采集、双肺轮廓的分割及配准、量化分析Jacobian值之后均获得了所有CT序列的横断面、冠状面及矢状面通气分布图像。 结论：基于双相位CT进行的双肺轮廓的分割和配准完成之后，初步实现了肺通气功能分布的目标，为进一步进行肺功能图像引导的调强放疗奠定了基础，并且在同体双相位图像变形配准方面获得了较好的效果，具有一定参考价值。 本论文的研究工作得到了2011年国家自然科学基金(81170078)、广东省科技计划项目(2011B031800111)、广州市科技计划项目(2011J4300131)的资助。