深度学习结合MR影像异质性的胶质母细胞瘤MGMT启动子甲基化预测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81801655
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2701.磁共振成像
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Accurate prediction of O6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) promoter methylation is crucial to clinical decision-making of glioblastoma (GBM) patients. Currently, there is lack of effective method to detect MGMT promoter methylation before surgery, while studies indicate that multimodal magnetic resonance imaging (MRI) have the potential of noninvasive prediction of MGMT status. The preliminary studies confirm that the exploration of MR imaging heterogenous characteristics of GBM can help improve the prediction efficiency of MGMT. Moreover, the application of the deep convolutional neural network (CNN) model provides the feasibility of the cascade of the segmentation of GBM image heterogenous subregion and the prediction pf MGMT status. Focusing on the aim of predicting MGMT promoter methylation, we plan to construct a cascaded double-task deep convolutional neural network (CNN) model which has the ability of both MRI heterogeneous subregion segmentation and MGMT promoter methylation prediction. The model would be trained using transfer learning and layer-wise fine-tuning strategy, which can solve the CNN training problem caused by small sample image dataset. Then, to verify the superiority of CNN model, comparison of the prediction capacity of MGMT promoter methylation will be done between CNN-generative features and handcraft features that used in previous studies. This project is promising to propose a noninvasive technique for preoperative MGMT promoter methylation prediction and has important research and application value.
准确预测O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)启动子甲基化,对胶质母细胞瘤(GBM)患者的临床决策意义重大。目前缺乏术前检测MGMT启动子甲基化的有效手段,而研究表明多模态磁共振影像(MRI)具有无创预测MGMT状态的潜能。申请人前期研究证实,深入挖掘GBM的MR影像异质性子区域特性有助于提高MGMT状态预测效能;且深度卷积神经网络(CNN)模型的引入为GBM影像异质性区域分割与MGMT状态预测的级联提供了可能。由此本项目围绕“MGMT启动子甲基化预测”这一问题,拟建立具有多模态MR影像异质性子区域分割与MGMT启动子甲基化预测能力的级联式双任务CNN模型,并采用迁移学习与逐步微调策略解决小样本CNN模型训练难题;比较已建立CNN模型与常规影像组学模型的MGMT状态预测能力,验证前者的优越性。本项目有望为GBM患者提供一种MGMT术前无创预测手段,具有重要研究与应用价值。

结项摘要

准确预测O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)启动子甲基化,对胶质母细胞瘤(GBM)患者的临床决策意义重大。目前缺乏术前检测MGMT启动子甲基化的有效手段,而研究表明多模态磁共振影像(MRI)具有无创预测MGMT状态的潜能。申请人前期研究证实,深入挖掘GBM的MR影像异质性子区域特性有助于提高MGMT状态预测效能;且深度卷积神经网络(CNN)模型的引入为GBM影像异质性区域分割与MGMT状态预测的级联提供了可能。由此本项目围绕“MGMT启动子甲基化预测”这一问题,拟建立具有多模态MR影像异质性子区域分割与MGMT启动子甲基化预测能力的级联式双任务CNN模型,并采用迁移学习与逐步微调策略解决小样本CNN模型训练难题;比较已建立CNN模型与常规影像组学模型的MGMT状态预测能力,验证前者的优越性。本项目对磁共振图像异质性子区域分割,得到①r-EA:全瘤区;②r-CE:增强区;③r-Nec:坏死区④r-E/nEC:水肿区/非增强区四个区域,提取4000个纹理特征。利用弹性网络回归对特征进行降维筛选,计算λ值,得到前19个特征为最优特征子集。利用最优特征子集计算出特征系数Radiomics Signature ,建立诺莫图模型。通过输入患者的(年龄/性别/Radiomics Signature),计算标尺数值,得出该患者是MGMT甲基化的概率。矫正曲线和决策曲线分析说明模型具有良好的诊断效能和泛化性(矫正曲线的C-index在测试组和验证组分别为0.854和0.852)。本研究建立的术前无创预测胶质瘤患者MGMT启动子甲基化状态的模型能有效地预测患者的MGMT启动子甲基化状态,具有重要研究与应用价值。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Survival-relevant high-risk subregion identification for glioblastoma patients: the MRI-based multiple instance learning approach
胶质母细胞瘤患者的生存相关高风险分区识别:基于 MRI 的多实例学习方法
  • DOI:
    10.1007/s00330-020-06912-8
  • 发表时间:
    2020-05-16
  • 期刊:
    EUROPEAN RADIOLOGY
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Zhang, Xi;Lu, Di;Liu, Yang
  • 通讯作者:
    Liu, Yang
MR影像组学在鉴别腮腺腺淋巴瘤与多形性腺瘤中的价值
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    实用放射学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田强
  • 通讯作者:
    田强
A radiomics nomogram based on multiparametric MRI might stratify glioblastoma patients according to survival
基于多参数 MRI 的放射组学列线图可能会根据生存情况对胶质母细胞瘤患者进行分层
  • DOI:
    10.1007/s00330-019-06069-z
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    EUROPEAN RADIOLOGY
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Zhang, Xi;Lu, Hongbing;Liu, Yang
  • 通讯作者:
    Liu, Yang

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其他文献

冷压成型压力对HMX基PBX微结构影响的SANS研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    含能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白亮飞;田强;屠小青;闫冠云;孙光爱;龚建;何冠松;陈良;黄石亮;李新喜;刘渝
  • 通讯作者:
    刘渝
Periodic,quasiperiodic,and chaotic breathers in two-dimensional discrete -Fermi-Pasta-Ulaml attice
二维离散-Fermi-Pasta-Ulaml 格中的周期、准周期和混沌呼吸器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    徐权;田强
  • 通讯作者:
    田强
基于力反馈的夹持器系统模型
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机器人
  • 影响因子:
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  • 作者:
    高鹏;田强;王牛;丘柳东
  • 通讯作者:
    丘柳东
氧化锌及纳米氧化锌研究进展
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    物理实验
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  • 作者:
    田强;林传金;王引书
  • 通讯作者:
    王引书
一种QoS感知的Web服务群体评价方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
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  • 作者:
    田强;付晓东;王威;李昌志
  • 通讯作者:
    李昌志

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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