目的:由于受到呼吸的影响，小肝癌会发生自主运动，影响肿瘤定位精度，从而影响立体定向放射治疗的实施。本课题研究提出一种术中实时估计或预测运动肿瘤中心位置的技术方案，运动肿瘤中心的位置由体表标记物的运动数据输入关联模型推算获得。　　方法与结果:技术方案包括体表外置标记物运动数据校准、体内目标运动数据校准与测量，以及关联模型的设计与实现。其中，体表外置标记物运动数据校准是实现放疗引导摆位，即尽量保证人体在不同治疗间次的体位一致性，使获得的体表运动数据不因体位改变而发生信号基线漂移;体内目标数据的校准与测量是利用基于自由式配准技术的三维超声技术测量小肝癌漂移及其因呼吸产生的实时位移;关联模型是建立体表运动与体内目标运动之间的联系。　　根据以上技术方案的具体实现，可以分为以下两个方面的研究内容:　　1、自由式配准在小肝癌立体定向中的研发及临床应用。　　主要开展了(1)体表外置标记物运动数据校准、(2)体内目标运动数据校准与测量两方面的研究工作:　　(1)在肝部立体定向中，为了克服人体相对于体位辅助固定装置（如热塑膜、定位板）移动，以及热塑膜形变带来的定位误差，研究设计了以自由式配准为核心的校正方案。对“人体与体位辅助固定装置”偏差校正方案进行20组临床验证实验，对象是6名肝癌患者，统计该方案与锥形束计算机断层扫描(cone-beam computed tomography, CBCT)的摆位结果差异。对热塑膜形变测量方案进行模拟验证实验，真实值通过光学测位仪测量得到，其与测量值之差形成测量误差。　　临床验证实验证明:在肝部肿瘤定位中，“人体相对于体位辅助固定装置偏差”的校正方案可以提供均值为(2.76 mm，3.72 mm，1.80 mm)的定位误差，该定位误差包括真实空间中三个正交方向上的误差;在校正前后，肿瘤定位误差有明显的降低。模拟验证结果证实:热塑膜的形变测量误差均值为1.7639 mm。　　(2)针对肝脏组织因其周围器官充盈等原因导致的整体位移（以下称“漂移”），及其受到呼吸影响而产生的实时运动，研究基于自由式配准的小肝癌三维超声跟踪方案。对该方案进行模拟验证实验，模拟用到的小肝癌是从CT图像中重建得到的。计算机随机设置小肝癌的漂移及实时位移的真实值，并与该方案给出的估计值进行对比得到估计误差。　　模拟验证实验表明:该方案对肝脏漂移的估计误差均值为1.11mm;对呼吸引起的小肝癌运动实时跟踪的估计误差均值是2.94mm。　　2、小肝癌运动肿瘤中心的实时估计与预测技术研究与实现。依据当前实测的呼吸相关体外信息，推算当前时刻（即“估计”）或者未来时刻（即“预测”）的体内肿瘤位置，主要开展的研究工作是:　　在对呼吸系统生理特性分析的基础上，设计并实现了基于邻域估计策略的小肝癌运动肿瘤中心估计及预测模型。在应用过程中，该模型无需更新模型参数，也不涉及医学图像的实时处理。该模型使用一组开源的体表与体内目标运动数据进行验证实验。　　实验验证结果表明:估计误差的均方差控制在3mm以下，系统延迟约1 ms;预测的均方误差控制在3mm以下，系统延迟在0.42 ms以内;均满足临床上对肝部定位的要求，以及实时跟踪放射治疗技术的速度要求。　　结论:以小肝癌在放射治疗中的立体定向难题为研究对象，本文对其涉及的关键技术进行了研究和实现。实验验证表明，本文提供的方案可以保证较高精度的小肝癌定摆位引导和实时运动肿瘤跟踪。