在放疗过程中,患者的呼吸运动对精确放疗产生了影响。针对这些影响,目前主要的解决方法是扩大计划靶区,但这会使患者的正常组织接受更多的射线。四维图像引导放疗在三维放疗技术的基础上考虑时间的因素,通过动态跟踪肿瘤的运动,并实时调整射线与肿瘤位置对齐。因而可以有效地减小计划靶区,减少患者正常组织受到的射线伤害。针对四维图像引导放疗中的几项关键技术,即呼吸信号检测、肿瘤运动检测、呼吸运动和肿瘤运动之间的关系进行了研究。根据呼吸运动的原理,课题组自行设计了一种呼吸检测装置,通过检测呼吸时胸部或腹部压力的方法,对呼吸信号进行检测。对于四维CT图像,研究和实现了两种提取呼吸信号的方法。一种是通过检测不同呼吸相位胸廓周长的变化来提取呼吸信号,另一种是根据不同组织区域CT值的不同,使用CT值和提取呼吸信号。分别采用高斯模板匹配算法和三维光流法检测肿瘤的运动。高斯模板匹配从整体上来跟踪肿瘤的运动。三维光流法既可以跟踪不同呼吸相位中肿瘤表面某些点的运动,也可以跟踪整个肿瘤表面在不同呼吸相位的位移与形变。将提取的呼吸信号和肿瘤位移数据,采用最小二乘法建立呼吸运动与肿瘤位移之间的关系。实验结果表明,呼吸运动与肿瘤运动有近似线性的关系。