[背景与目的]乳腺癌保乳术后放疗方案中,瘤床靶区的定义受金属钛夹个数、血清肿显示清晰度和勾画者间差异等多种因素影响,通过图像配准将术前图像上的轮廓信息映射到定位CT图像,可以提高靶区定义的精度。现有研究主要采用基于灰度的配准方法,然而肿瘤切除、金属钛夹置入及术后改变等因素导致前后两套图像结构不对应,会影响基于灰度配准的实际效果。目前的临床实践中,瘤床及其靶区主要由放疗医生在定位CT图像上手动勾画而得。然而手动勾画受多种因素影响,存在耗时费力、主观性较大、不同勾画者间差异明显等问题。此外,瘤床标记物是瘤床靶区定义的主要参考,目前国内外主要应用钛夹标记。然而结合临床实际应用和研究报道发现,钛夹标记主要存在两个问题。一是在CT及MR定位图像上存在伪影;二是无法降解,影响病人恢复和美容效果。针对这些问题,本研究拟开展三个方面的工作:①建立新的图像配准方法以提高配准精度;②建立新的自动分割方法以提高勾画的效率和一致性;③研制可降解瘤床标记物以解决钛夹标记存在的问题。[材料与方法]本研究建立两种新的变形配准方法,用于配准术前CT图像和定位CT图像。方法一为多测度变形配准方法,结合基于灰度、标记点和轮廓的三种测度。方法二为分步变形配准方法,在基于灰度配准的基础上结合基于生物力学模型的有限元方法,对整体图像的变形和肿瘤切除相关的变形分别建模。本研究建立一种基于深度学习的瘤床靶区自动分割方法。首先通过图像配准将术前CT图像上的肿瘤轮廓变形映射到术后定位CT图像,此变形后的轮廓即为先验信息,其提供了定位CT图像上瘤床靶区的初始位置信息;然后构建先验信息引导的3D U-Net深度学习网络模型。本研究利用生物可降解材料研制瘤床标记物,依次做了四步工作:①通过评估材料在CT及MR图像上的成像情况和体外降解测试中外观、质量及粘度变化筛选最佳的生物可降解材料;②综合考虑钛夹标记实际应用存在的问题、以及可降解材料本身的性质确定较为合适的固定方式,并设计与该固定方式相适应的形状;③在纱布和硅胶上模拟缝合固定的操作,根据预先设定的评价标准确定理想的标记尺寸;④在动物实验预实验中构建大鼠植入模型,并进行基于图像扫描实验的有效性评估和基于取材分析实验的安全性评估。[结果]图像配准方面,单纯基于灰度的变形配准方法（i-DIR）在软组织、骨性结构和皮肤边界三类点集的平均TRE值分别为7.82 mm、3.34 mm和6.93 mm。而多测度变形配准方法（fri-DIR）相应三类点集的平均TRE值分别为2.06 mm、3.02 mm和3.70 mm。和i-DIR方法相比,在软组织和皮肤边界的匹配上多测度变形配准方法得到的结果P值均小于0.05,表明引入基于标记点和轮廓的测度是有必要的。此外,分步变形配准方法相应三类点集的平均TRE值分别为3.01 mm、3.34 mm和6.93 mm。和i-DIR方法相比,在软组织的匹配上分步变形配准方法得到的结果P值小于0.05,表明分步变形配准方法有显著提升。两种方法在骨性结构点和皮肤边界点的TRE结果一致,因为此二类点集均位于修正区域之外。自动分割方面,先验信息引导的深度学习网络模型所取得的DSC值（均值±标准差）为0.808±0.065,而传统阈值分割方法相应DSC值为0.622±0.090。二者相比P值小于0.05,表明新提出的基于深度学习的瘤床靶区自动分割方法相较传统阈值分割方法有明显提升。瘤床标记物方面,通过查阅文献资料及咨询厂家初步确定五种材料（PGA、PLLA、Mg1、Mg2、PLA/β-TCP）。图像扫描测试的结果表明,PLA/β-TCP材料所制样品在CT及MR图像上均没有明显伪影,且能与周围背景明显区分。此外由于密度提高其在CT图像上和周围背景的对比明显提高。体外降解测试的结果表明,PLA/β-TCP样品至第40周时外观上无明显变化,而粘度显著下降,质量损失率约为10%。就降解情况而言,其保证能留存9个月,同时在9个月之后进入加速降解阶段,不会长期留存体内。综合考虑成像区分度和降解周期,确定PLA/β-TCP为最佳的生物可降解材料。之后设计该标记物为带有圆孔和凹槽的扣状结构,并确定长径8mm、短径6mm、高度2mm为其理想的尺寸。动物实验预实验进一步明确该瘤床标记物的有效性,即满足CT及MR图像上无伪影,且能与周围组织明显区分的成像要求。安全性评估方面已获取一些基础数据,确定了正式实验方案的可行性。[结论]图像配准方面,相较单纯基于灰度配准的方法,本研究新建立的两种变形配准方法均提高了配准精度,有助于减小大形变和灰度不对应区域的影响。自动分割方面,先验信息引导的深度学习网络模型提高了瘤床靶区的分割精度,有助于提高勾画的效率和一致性。瘤床标记物方面,本研究已筛选出最佳的生物可降解材料,并确定标记物形状及尺寸;动物实验预实验确定了正式实验方案的可行性。