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背景:放射性肺炎是食管癌（Esophageal Cancer,EC）患者放疗后最常见、最严重的并发症之一,其与肺部受照剂量和体积相关。尽管随着放射治疗技术的进步,调强放疗（IMRT）较三维适形放疗（3D-CRT）技术进一步降低了危及器官（OARs）的受照剂量,但有研究表明并未明显降低食管癌放疗患者放射性肺炎的发生率。既往研究发现,将多种肺功能成像应用于肺癌患者的放疗时,发现能够有效降低功能肺（functional lung,FL）的受照剂量,并具有降低放射性肺炎的潜在价值。4D-CT成像是一种能够方便、快捷地获取患者肺通气功能信息的影像模式,并已应用于肺癌的放疗计划设计研究中,但在食管癌放疗中的应用尚处于初步阶段,特别是对功能肺阈值的定义、剂量限制及照射方式等方面,仍需深入研究。目的:本研究的主要目的是:（1）基于4D-CT通气功能图像,结合临床肺功能（PFT）、肺弥散功能检测（PDFT）指标,探讨食管癌患者功能肺定义的最佳阈值;并评估基于最佳功能肺阈值的功能肺保护计划与常规解剖CT计划的剂量学差异。（2）评估采用不同放疗技术的功能肺保护计划的剂量学差异,寻求食管癌患者放疗时功能肺保护的最佳策略。方法:（1）前瞻性纳入确诊为食管癌,并于2021年9月至2022年3月于我院就诊、拟行放射治疗的患者。排除既往接受过胸部放疗的患者。（2）获取放疗前定位CT、平静呼吸状态下4D-CT扫描图像,及放疗前、后PFT/PDFT指标。使用Pinnacle计划系统（TPS）在定位CT图像上行常规解剖CT计划设计。然后,将4D-CT图像通过变形图像配准和通气成像算法,获取患者的肺通气功能图像,并将其与定位CT图像进行配准融合;利用不同的雅克比值（≤0.7,≤0.8,≤0.84,≤0.9）定义功能肺（FL0.7,FL0.8,FL0.84,FL0.9）,计算出常规解剖CT计划中不同阈值定义功能肺的剂量体积参数,分别评估其剂量体积参数与放疗前、后PFT/PDFT指标变化量的相关性（Pearson相关分析）,探索食管癌患者功能肺定义的最佳阈值。（3）利用最佳阈值定义功能肺后,在常规解剖CT计划的基础上,另行设计功能肺保护计划,在保持靶区剂量要求、OARs（全肺、心脏、脊髓等）剂量限制、权重与常规解剖CT计划一致的前提下,对FL进行额外的剂量限制(V10＜20%,V20＜10%,V30＜5%)。对常规解剖CT计划与功能肺保护计划进行对比分析:（I）.靶区的剂量差异,包括均匀性指数（Heterogeneity Index,HI）、适形性指数（Conformity Index,CI）,最大剂量(Dmax),平均剂量(Dmean)等;（II）.功能肺及其他OARs的剂量体积参数差异。（4）探索食管癌患者放疗时功能肺的最佳保护策略,在保持靶区要求、OARs剂量限制、权重一致的条件下,在定位CT图像上进行5、7、9野固定野功能肺保护调强放疗计划（5F-IMRT、7F-IMRT、9F-IMRT）,以及单、双弧功能肺保护容积旋转调强放疗计划（1F-VMAT、2F-VMAT）设计,并对不同计划之间进行对比分析,包括:（I）.靶区的剂量差异(CI、HI、Dmax、Dmean);（II）.功能肺及其他OARs的剂量体积参数差异。结果:1.基于4D-CT通气功能图像不同雅克比值定义的功能肺（FL0.7、FL0.8、FL0.84、FL0.9）体积占全肺体积的比值、受照剂量具有明显差异,分别为（11.9±13.0%、21.2±11.4%、28.4±11.0%、43.7±13.0%）、（平均剂量:5.32±4.26、7.60±3.07、8.68±2.47、9.63±2.32 Gy）。放疗前、后PFT/PDFT的指标变化量只有△FEV1/FVC、△DLCO具有统计学差异（P＜0.05）。FL0.8、FL0.84、FL0.9的部分剂量体积参数与△FEV1/FVC呈显著正相关,其中FL0.8-V30的相关性最强（r=0.819,P＜0.01）。功能肺保护计划组与常规解剖CT计划组相比,靶区的CI、HI无统计学差异（P＞0.05）;功能肺保护计划可降低功能肺和全肺的Dmean、V10、V20,差异具有统计学意义（P＜0.05）,而心脏、脊髓的受照剂量无统计学差异（P＞0.05）,且都满足临床剂量限制要求。2.不同固定野的功能肺保护IMRT计划靶区之间两两对比（5F-IMRT vs.7F-IMRT vs.9F-IMRT）,发现5F-IMRT与7F-IMRT、9F-IMRT计划之间靶区的CI存在统计学差异（P＜0.05）,5F-IMRT的靶区适形性指数最低,而HI之间无统计学差异（P＞0.05）;2F-VMAT与1F-VMAT计划相比,靶区的均匀性更高,差异具有统计学意义（P＜0.05）。5F-IMRT、7F-IMRT及9F-IMRT计划之间OARs两两比较分析,5F-IMRT与7F-IMRT相比,5F-IMRT的全肺Dmean,心脏V5、V10更低,差异具有统计学意义（P＜0.05）,功能肺、脊髓受照剂量之间无统计学差异（P＞0.05）;5F-IMRT与9F-IMRT相比,5F-IMRT降低了心脏V5,差异具有统计学意义（P＜0.05）,但功能肺V30更高（P＜0.05）,其余全肺、脊髓剂量学参数在两种计划之间无统计学差异（P＜0.05）;7F-IMRT与9F-IMRT相比增加了全肺剂量Dmean、V10,差异具有统计学意义（P＜0.05）,心脏、脊髓和功能肺受照剂量无统计学差异（P＞0.05）;不同固定野功能肺保护IMRT计划结果表明,5F-IMRT计划具有更低的心脏、全肺剂量。2F-VMAT与1F-VMAT相比降低了全肺V10、心脏V20和功能肺Dmean、V10,差异具有统计学意义（P＜0.05）,而脊髓的受照剂量在两计划之间无统计学差异（P＞0.05）。2F-VMAT与5F-IMRT计划相比,靶区的适形性及均匀性更高,差异具有统计学意义（P＜0.05）;并且降低了功能肺Dmean、V5、V10和V20,全肺的Dmean、V5和V10,差异具有统计学意义（P＜0.05）;但稍微增加了脊髓Dmean,差异具有统计学意义（P＜0.05）;心脏的受照剂量在两组计划之间无统计学差异（P＞0.05）。结论:基于4D-CT通气功能图像获取的食管癌患者功能肺体积随阈值而变化。不同阈值定义的功能肺的受照剂量与放疗前、后临床PFT指标下降量（△FEV1/FVC）的相关性存在差异,FL0.8-V30相关性最强（r=0.819）。因此,将功能肺定义为雅克比值≤0.8或功能肺体积占全肺体积的比值在某一百分比值（如21%）可能是一个较好的选择。功能肺保护计划较常规解剖CT计划能够有效降低功能肺及全肺受照剂量,且满足临床剂量要求。不同固定野（5-9野）功能肺保护IMRT计划,随着射野数增加,靶区适形性更高,但5F-IMRT具有更低的心脏、全肺剂量;2F-VMAT较1F-VMAT具有更低的功能肺、全肺和心脏剂量。2F-VMAT相较于5F-IMRT具有更高的靶区适形性和均匀性,更低的功能肺和全肺剂量。综上考虑,2F-VMAT在功能肺保护计划设计时应优先考虑。