基于亚肝段功能单元保护优化的肝癌个体化放疗研究

Radiation-induced liver injury (RILI) has become the primary critical factor for the precise radiotherapy of hepatocellular carcinoma. In the investigation of the prior National Natural Science Foundation of China(NSFC) program, we found that the patients with lower proportion of RILI may experience non-uniform liver regeneration. This important finding proved that accurate prediction and effective compensation of the RILI may reduce risk and damage. It is significant to evaluate liver biology function, protect live regenerative capacity, optimize radiotherapy plans and improve the clinical outcome by identifying the extent and distribution of liver cirrhosis, protecting the regenerative capacity of liver cells. This project aims to design a novel method for personalized radiotherapy based on liver subsegment function protection. Our research group will evaluate location reserved hepatic functional through analysing hepatic cirrhosis differences by MRI diffusion weighted-images（DWI）for liver subsegment function unit(s). And the liver subsegment could be firstly segmented on multi-modal anatomical images of CT and MRI.Deformable image registration techniques will be used to correspond the liver subsegment hepatic cirrhosis and irradiation dose, and the established correspondence will play an important role in effective protection of the liver subsegment with none or mild cirrhosis. The personalized radiotherapy approach guided by protecting the live subsegment function unit could provide the foundation and strategy to improve the patient safty and clinical outcome.

放射性肝损伤（RILI）已成为原发性肝癌（HCC）精确放疗首要考虑的限制因素。课题组在研基金实施中发现HCC放疗后RILI发生比例较低的患者可有非均匀的肝脏再生，说明准确预测RILI发生与有效代偿可减少其危害。准确识别肝硬化程度与分布，尽量保护有再生能力肝脏细胞和区域，对肝脏功能储备评估、再生能力保护、放疗方案优化和疗效提高有重大意义。本项目提出了一种基于亚肝段功能单元保护优化HCC个体化放疗的方法，即按肝脏管道系统融合多模态图像（CT与MRI）实现亚肝段划分、编码，再用MRI弥散加权成像（DWI）分析亚肝段差异性硬化程度以评估其功能储备情况；通过形变配准技术匹配亚肝段放射剂量与肝硬化程度对应关系，经随访建立肝脏局域再生/放射损伤与亚肝段放射剂量、硬化程度的关系，依此制定有针对性保护无或轻度肝硬化区域的HCC患者个体优化放疗方案，为进一步提高放疗安全性和疗效提供科学依据与创新方法。

由尹勇教授承担的国家自然科学基金面上项目《基于亚肝段功能单元保护优化的肝癌个体化放疗研究(编号：81472811)》，主要围绕放射性肝脏损伤制约原发性肝癌放疗发挥作用的关键问题，提出了“通过亚肝段功能单元的保护，保留肝脏局部再生能力，保证原发性肝癌放疗剂量安全提升”的治疗理念。本项目从肝脏整体轮廓和血管纹理的提取算法的研究、基于26个邻域计算的体素灰度均值区域生长进行肝脏自动分割算法的研究、基于三维动态区域生长算法进行肝脏血管自动分割及重建的研究、基于Radiomics技术分析分割算法对肝脏CT图像特征提取影响的研究、多b值对肝硬化磁共振弥散加权影像（MR-DWI）影像组学特征提取的影响、基于影像组学方法量化CT图像中原发性肝细胞癌“快进快出”的影像学表现、影像组学量化肝癌放疗正常肝脏组织CT影像组学特征随放射剂量变化的研究等方面开展了相关研究。课题组首先通过相关数学算法的研究实现了肝脏、肝癌肿瘤靶区及血管纹理的自动分割与重建，对基于肝脏影像信息进行肝段及亚肝段的自动分割与重建奠定了基础；其次，课题组验证了以图像纹理分析技术为基础的影像组学技术在辅助肝癌精准诊断和放射治疗具有巨大应用潜力；第三，课题组发现了基于DWI进行肝硬化程度差异性判断的可行性，以及同一患者不同肝脏区域肝硬化差异存在的现象；第四，通过纹理分析可以发现和追踪正常肝脏组织随放射剂量的变化情况，这为放射性损伤预测、早期临床干预及肝脏再生的保护具有非常重要的指导意义。.本课题通过系列研究，证明了通过放疗前患者肝脏DWI图像的获取，可以准确评估肝脏不同区域的肝硬化程度，可以在放疗计划设计和放疗剂量限定时，有针对性的对肝硬化程度轻的亚肝段予以保护，最大程度保留肝脏的再生功能，进而为放射性损伤的修复和肝功能代偿提供了机会，保证了肝癌放疗的安全性和疗效。其次，本项目中研发的影像组学技术辅助肝癌的精确诊断、肝功能评估及放疗反应的追踪方面具有巨大的临床应用潜力，有必要在肿瘤放疗工作中予以推广。