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基于CT和病理WSI的多尺度非小细胞肺癌术后复发风险智能量化研究

批准号:
82072090
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
陈鑫
依托单位:
学科分类:
影像医学/核医学研究新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈鑫

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
可切除非小细胞肺癌首选手术切除,但患者预后迥异,临床亟需精准量化复发风险指导治疗决策。课题组前期基于影像组学手工特征构建模型,可用于肿瘤诊疗评估,但精度待提高;近期课题组及其他团队发现,基于术后病理全切片数字化图像(WSI)和人工智能可表征肿瘤免疫微环境,为复发风险量化带来机遇。因此,本研究拟:(1)在宏观影像层面,提出图卷积神经网络(GCN)方法,表征肿瘤术前CT图像不同亚容积区域间的空间拓扑信息,量化肿瘤空间异质性;(2)在微观细胞层面,用GCN表征WSI上肿瘤细胞和浸润淋巴细胞间的空间拓扑关系,量化免疫微环境状态;(3)融合CT和WSI信息构建术后复发风险量化模型;(4)基于独立数据集验证和优化模型。本项目的实施,将构建多尺度复发风险智能量化模型,实现术后复发风险分层,为非小细胞肺癌术后诊疗方案制定提供量化工具,指导临床决策。
英文摘要
Surgical resection is generally the most preferable option for resectable non-small cell lung cancer (NSCLC), while the prognosis varies among different patients. Therefore, it is urgently needed to quantify the recurrence risk to aid clinical decision-making. Our prior studies demonstrated that hand-crafted feature-based radiomics prediction model could be used for tumor diagnosis and treatment response evaluation, whilst its prediction accuracy warranted to be improved. Recently, our group and other researchers found that combination of pathological whole slide image (WSI) and artificial intelligence has the potential to characterize the tumor immune microenvironment, providing an opportunity to quantify cancer relapse risk. Therefore, this study intends to: (1) at the macroscopic image level, propose a graph convolutional neural network (GCN) to characterize the spatial topological information between different sub-volume regions of preoperative tumor CT images to quantify the intratumoral spatial heterogeneity; (2) at the microscopic cell level, use GCN to characterize the spatial topological relationship between tumor cells and tumor infiltrating lymphocytes in postoperative tumor WSI to quantify the immune microenvironment; (3) combine CT and WSI information to construct a quantitative model of recurrence risk; (4) validate and optimize the prediction model in independent validation dataset. The implementation of this project will build a multi-scale intelligent quantification model of recurrence risk for risk stratification in NSCLC, and provide a quantitative tool in clinical decision-making for postoperative diagnosis and treatment planning.
本项目针对非小细胞肺癌(NSCLC)患者术后复发风险难以精准量化的临床挑战,基于CT和病理全切片数字化图像(WSI),利用人工智能新技术,开展智能量化研究。项目包括:(1)通过术前CT的影像组学特征和深度学习特征构建列线图,对NSCLC患者精准预后危险分层。同时,研究团队将该方法运用到乳腺癌、结直肠癌的精准诊断和疗效预后评估中,另外,在乳腺癌和结直肠癌的应用中还进一步拓展了模型可解释性方面的探索研究,为后期临床应用提供可解释性方面的参考。(2)病理WSI分析技术开发方面,我们提出基于双线性注意力机制的卷积神经网络模型,实现肺腺癌病理组织的像素级分割,减少人工标注的耗时和主观性;探讨成本敏感的多任务学习框架,提高不同大小和轮廓细胞核的分割精度。(3)基于WSI量化特征构建NSCLC患者的预后病理得分系统,更准确地预测NSCLC患者预后。基于医学影像和数字病理图像的量化研究,发表课题相关文章24篇,其中SCI文章22篇,包括中科院一区期刊《Sci Bull》1篇和医学图像分析顶级期刊《MIA》1篇;国家发明专利申请7项,授权6项,申请国家计算机软件著作权登记4项。研究结果为医学图像包括CT和病理WSI的量化分析提供了分析方法,探讨了其在NSCLC预后预测方面的价值,有望为NSCLC精准危险分层提供可靠工具。该方法在其他疾病中的应用,证明基于医学图像的量化方法在疾病诊断和评估方面的应用价值。.此外,在结直肠癌CT分割和筛查方面进行了相关研究,提出基于拓扑感知的深度学习方法用于结直肠和结直肠癌的自动分割,并基于临床真实世界数据评估该模型对结直肠癌偶然检出的潜力。相关研究成果项目组发表到《EbioMedicine》和《TNNLS》各1篇,本团队在医学影像分割与识别等方面的工作,为人工智能辅助放射科医生检出结直肠癌提供了技术支持,提高结直肠癌的检出率。
基于联邦学习和CT影像构建可解释性模型量化IB-IIA期非小细胞肺癌复发风险研究
  • 批准号:
    82371954
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陈鑫
  • 依托单位:
国内基金
海外基金