课题基金 / 基金详情

基于深度学习和字典学习构建多模态影像引导ESCC自适应放疗新策略

批准号:
82102173
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李振江
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:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李振江

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
放化综合治疗是局部晚期ESCC重要治疗手段,但五年生存率仅有15-30%。治疗抗拒和食管疗中形变是疗效欠佳的可能原因。若能基于不同患者之间动态影像信息,早期预测ESCC放化疗敏感性及正常组织损伤,制定个体化的自适应放疗方案,对于提高局部晚期ESCC生存时间具有重要临床价值。本项目拟利用深度学习框架开发CT、CBCT和fMRI等不同模态影像之间形变配准算法,对ESCC放疗过程中解剖及功能变化进行综合评估,实现不同模态之间的优势互补;利用字典学习提取高区分度影像组学特征,评价肿瘤区域内部的生物异质性差异,解决ESCC放化抵抗和正常组织损伤的早期精准预测问题;在此基础上,结合靶区及正常组织剂量学变化,建立ESCC自适应放疗辅助决策模式,一方面预测自适应放疗计划再优化的最佳时机,另一方面利用放射生物学指标对原有放疗计划进行调整,最终为ESCC患者提供“量体裁衣”式的个体化治疗方案。
英文摘要
Radiochemotherapy is an important treatment for locally advanced esophageal squamous cell carcinoma (ESCC). However, the five-year survival rate remains only at 15-30%. Possible reasons for the poor efficacy can be treatment resistance and anatomic changes during radiotherapy. An individualized treatment regimen with adaptive radiotherapy may have a significant survival benefit for locally advanced ESCC patients, if treatment decisions for different patients can be made based on early prediction of the sensitivity of ESCC chemoradiotherapy and normal tissue damages using dynamic multi-modality image information. This project aims at developing algorithms for deformable registrations of various image modalities, such as CT, CBCT and fMRI, and using a deep learning framework, with anatomical and functional changes of ESCC radiotherapy assessed comprehensively using complementary information of multiple image modalities. Dictionary learning will be used to extract high-resolution radiomics features to evaluate biological heterogeneity in the tumor, along with early and accurate predictions for radiochemical resistance of ESCC and normal tissue damage. The dosimetric variations of the target and normal tissues will be incorporated to establish a decision-assisting model for ESCC adaptive radiotherapy, in order to help forecasting the best time to re-optimize the adaptive radiotherapy plans and adjusting the original care plans based on radiobiological indicators. As a result, ESCC patients will be offered “tailored” individualized treatment regimens.
本项目围绕食管癌精准放疗的实际需求,重点研究多模态影像处理、自动分割、疗效预测和影像组学稳定性分析等关键技术,旨在推动人工智能和影像组学在放疗领域的应用,为精准医疗提供技术支持。.在多模态影像配准方面,项目团队开发了基于深度学习的高精度配准算法(RegGAN),实现了将配准时间缩短至7秒的突破,显著提升了临床应用效率。在肿瘤自动分割方面,基于大规模高质量标注数据集构建了个体化自适应分割模型,快速精准地完成了靶区和危及器官的自动分割,平均Dice系数超过90%,将勾画时间从35分钟缩短至1.2分钟。.针对疗效预测,团队结合磁共振影像组学特征、深度学习算法及临床数据,建立了多模态联合分析模型,实现了同步放化疗疗效的精准预测,准确率达到71.2%,为个性化治疗方案的优化提供了数据支撑。同时,在磁共振影像组学的稳定性研究中,提出了标准化处理流程和稳健性验证框架,确保了影像特征的可重复性与可靠性,为实际临床应用奠定了技术基础。.项目已取得多项重要成果,包括关键技术突破、学术论文发表和成果转化。团队在《Radiotherapy & Oncology》、《Medical Physics》、《PMB》等国际顶尖期刊上发表SCI论文12篇(4篇为一区论文),并申请了8项国家发明专利。研发的AccuContour(R)影像处理平台已在多家国内顶尖医院部署,显著提升了食管癌放疗的效率和精准度;疗效预测模型也成功实现产品化转化,并嵌入某商业治疗规划系统,取得优异的临床验证效果。.此外,项目成果获得2023年中国抗癌协会科技奖二等奖和山东医学科技奖三等奖,体现了其在学术与产业化应用中的重要价值。团队还培养了多名高水平科研人才,其中包括硕士研究生5名及山东省泰山学者青年专家,为精准放疗领域的人才建设做出了积极贡献。.本项目全面覆盖了从影像处理到疗效预测的全链条技术开发,为推动人工智能与影像组学技术在放疗中的实际应用提供了重要支撑,其科学意义在于促进精准医疗的实现,并提升了放射治疗的智能化与标准化水平。
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