基于深度学习的头颈部放疗计划图像分割新方法的研究
批准号:
82072021
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
宋志坚
依托单位:
学科分类:
治疗计划、导航与机器人辅助
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋志坚
中文摘要
头颈部CT图像肿瘤靶区和放疗危及器官的准确分割,是合理制订头颈部放疗计划、提高放疗质量、减少并发症的关键。因现有理论和方法的局限及头颈部肿瘤和危及器官的特殊性,对其全自动、高精度的分割问题长期未能得到成功解决。本项目将针对这一问题开展深入的研究,提出新理论、新方法,弥补前人工作的不足,实现对CT图像肿瘤靶区和危及器官的全自动、高精度分割,分割精度和速度将达到临床实用的程度。项目研究将建立包含300个病例的标准数据集和包含1000个病例的弱标注数据集,用于头颈部分割网络的训练与测试。项目拟用自动机器学习方法,为分割目标分别建立最优网络结构、数据增强策略及数据预处理方法;拟通过点云预处理网络学习分割目标的个性化三维结构信息,大幅提升分割网络的整体性能;将借助弱标注数据并结合迁移学习方法,提升分割网络的分割精度与泛化能力。研究成果可提高头颈部放疗的质量,减轻医生负担,同时具有重要的学术价值。
英文摘要
For radiation therapy of head-and-neck tumor, accurate segmentation of the gross target volume of the tumor and the Organ At Risk (OAR) surrounding the tumor in CT images is the key to make a proper treatment plan and improve the quality and reduce the complications of the therapy. However, because of the limitation of existing theory and methods in this field and the characteristics of the head-and-neck tumor and related OARs, fully automatic segmentation with high accuracy has not been achieved. In this project, we will conduct in-depth research and develop new theory and methods to solve the problem existing in current studies, so that we can achieve fully automatic segmentation of the tumor and the OARs with a level of accuracy that is high enough for clinical use. We will establish a data set consisting of 300 cases with accurate labeling and 1000 cases with weak labeling of head-and-neck tumor and OARs, and we will use these data for training deep neural networks. We will utilize automatic machine learning techniques to find the best network architecture, the best data augmentation strategy and the best preprocessing method for each target to be segmented. We will use point cloud processing network to learn organ-specific 3D structure of each target and utilize them to increase the segmentation accuracy. In addition, we will make use of the weak labeling data by using transfer learning to further improve the accuracy and generalization capability of the segmentation network. The results of this project will help improve the quality of head-and-neck radiation therapy and reduce of the workload of radiologists, and they also have important academic values.
放射治疗是头颈部肿瘤的主要治疗手段,准确分割肿瘤靶区和危及器官(OAR)能够有效辅助医生制定合理的放疗计划。然而,头颈部OAR数量众多,手工分割的工作量巨大,自动分割方法的研究具有重要意义。近年来,基于深度学习的方法在这一领域取得了进步,但在数据集、网络架构和训练方式上的限制,现有方法的性能和泛化能力距离临床应用尚有差距。本项目聚焦头颈部放疗计划中肿瘤靶区和OAR的分割问题,旨在建立头颈部放疗计划临床影像数据集,研究适用于不同分割目标的数据增强与预处理策略,搜索最优分割网络架构,利用弱标注临床数据及OAR个性化结构信息提升分割精度。本项目取得了多项重要研究成果:建立了头颈部肿瘤靶区与OAR分割数据集,包括300个有医生手工勾画全部OAR分割金标准的病例,以及1000个医生勾画实际使用OAR分割金标准的病例;研究了多模态医学影像的图像融合方法,将不同模态的信息与互补细节相结合,充分利用空间域和频域上的全局和局部信息;提出混合注意力集成框架等医学图像分割新架构,以及动态边缘敏感损失等新损失函数,在多个医学图像分割数据集上表现优秀;对标注高效学习问题展开大量研究,提出弱监督多示例学习新方法,提出主动学习新框架与采样策略,大幅减少标注成本;研究在医学图像分割中结合个性化结构信息,包括结合脑图谱与掩码预训练的方法与结构感知医学图像分割框架等,能够有效解决分割结构缺损等问题。本项目为头颈部肿瘤靶区和OAR分割提供新理论与方法,为医学图像分割研究提供新思路,推动相关领域发展。项目共发表论文28篇,包括11篇中科院相关领域一区论文以及7篇领域内顶级国际会议论文,培养博士生10名,成果正在转化中。
面向医学图像处理任务的主动学习新技术研究
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批准号:82372097
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项目类别:面上项目
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资助金额:48万元
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批准年份:2023
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负责人:宋志坚
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依托单位:
新一代神经导航若干关键技术研究及其系统建立
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批准号:81271670
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2012
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负责人:宋志坚
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依托单位:
图像引导手术中脑组织变形的建模、仿真与校正研究
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批准号:30570506
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2005
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负责人:宋志坚
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依托单位:
基于多模信息融合技术的人体三维立体模型的研究
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批准号:30370417
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项目类别:面上项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2003
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负责人:宋志坚
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依托单位:
国内基金
海外基金