利用深度神经网络分析ctDNA序列特征辅助肺癌的早期诊断

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900471
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0609.生物大数据解析
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Lung cancer is one of the cancers with high morbidity and mortality in the world. Tissue biopsy is the standard diagnostic procedure for cancer. Biopsy may also provide material for genotyping, which can assist in the diagnosis and selection of targeted therapies but may fall short in cases of inadequate sampling, particularly from highly heterogeneous tumors. Traditional tissue biopsy suffers greater limitations in its prognostic capability over the course of disease, most obviously as an invasive procedure with potential complications, but also with respect to probable tumor clonal evolution and metastasis over time from initial biopsy evaluation. Recent work highlights circulating tumor DNA (ctDNA) present in the blood as a supplemental, or perhaps an alternative, source of DNA to identify the clinically relevant cancer mutational landscape. Indeed, this noninvasive approach may facilitate repeated monitoring of disease progression and treatment response, serving as a means to guide targeted therapies based on detected actionable mutations in patients with advanced or metastatic solid tumors. ctDNA was found to be positionally biased in tumor patients, suggesting that the ctDNA sequence pattern was different from the cfDNA sequence pattern released by normal cells. The research on the application of deep learning in medical diagnosis has become an international hot spot. Currently, there is no research on ctDNA sequence analysis based on deep learning. Based on the study of ctDNA mutation analysis in malignant tumors and auxiliary diagnosis of cancer using deep learning neural network, this project will carry out the study of cfDNA sequence characteristics in lung cancer. By constructing a cfDNA sequence database of lung cancer, the local features of cfDNA sequences were preliminarily identified and the composition differences between sequences were clarified. Using deep convolutional neural network and natural language processing model to learn ctDNA sequence characteristics, and to develop a set of deep learning system based on ctDNA to assist the early diagnosis of lung cancer and realize personalized precision medicine.
肺癌是全球发病率和死亡率较高的癌症之一,严重威胁人类生命和健康。组织活检作为诊断癌症的标准方法有其局限性。循环肿瘤DNA(ctDNA)能够捕捉肿瘤的全面信息,辅助癌症诊断和合理选择靶向治疗。研究发现ctDNA具有位置偏好性,表明ctDNA和其他循环游离DNA(cfDNA)的序列特征存在差异,为基于ctDNA序列特征进行肺癌早期诊断提供理论依据。深度学习在人工智能医疗诊断中的应用研究为当前国际热点,目前尚未发现基于深度学习分析ctDNA序列的研究。本项目将在前期开展的恶性肿瘤ctDNA突变分析和深度学习辅助诊断研究的基础上,开展肺癌患者ctDNA序列特征的研究。通过识别肺癌患者ctDNA序列的局部特征,明确序列间存在的组成差异;探索利用深度卷积神经网络和自然语言处理模型学习肺癌患者ctDNA序列特征,并以此为基础构建肺癌早期诊断模型,以期提高肺癌早期诊断率。

结项摘要

在所有癌症中,肺癌的发病率和死亡率均排在第一位,且容易发生转移,预后极差,早期很难被发现。因此,亟需一种有效的手段去识别肺癌风险高的患者,为早期诊断和提高患者生存率提供参考。现有研究表明循环肿瘤DNA(ctDNA)以非侵入性的方式能够在早期阶段展现恶性肿瘤的特征,实时监测肿瘤进展和治疗反应并指导有针对性的个体化临床治疗方案。其中,可将肿瘤相关偏好末端丰度作为ctDNA的一个可识别特征,区分开ctDNA与其他循环游离DNA(cfDNA)序列特征存在的差异,这为通过序列特征识别ctDNA早期肿瘤信号提供理论依据。本项目通过收集肺癌患者ctDNA和健康人群的cfDNA,识别肺癌患者ctDNA的序列特征,明确序列间存在的组成差异;利用基于Transformer的预训练自然语言模型BERT,和基于注意力机制的多实例学习算法,构建基于ctDNA特征的肺癌早期诊断模型;采用ROC曲线来评估模型区分肺癌患者和健康人群的能力,模型实现了AUC值0.9。表明模型学习到的特征可以区分癌症组和健康组。本项目使用的基于注意力机制的多实例学习算法不仅可以区分良恶性,更重要的是它可以提供每个序列对预测结果的贡献。建立基于ctDNA特征的肺癌早期诊断模型,为今后更广泛深入研究深度学习在肺癌中辅助早期诊断、提高检出率、追踪治疗效果提供研究基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A universal approach for integrating super large-scale single-cell transcriptomes by exploring gene rankings
通过探索基因排序整合超大规模单细胞转录组的通用方法
  • DOI:
    10.1101/2021.08.23.457305
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Briefings in Bioinformatics
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Hongru Shen;Xilin Shen;Mengyao Feng;Dan Wu;Chao Zhang;Yichen Yang;Meng Yang;Jiani Hu;Jilei Liu;Wei Wang;Yang Li;Qiang Zhang;Jilong Yang;Kexin Chen;Xiangchun Li
  • 通讯作者:
    Xiangchun Li
Deep learning to diagnose Hashimoto’s thyroiditis from sonographic images
深度学习通过超声图像诊断桥本甲状腺炎
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-31449-3
  • 发表时间:
    2022-06-29
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Qiang Zhang;Sheng Zhang;Yi Pan;Lin Sun;Jianxin Li;Yu Qiao;Jing Zhao;Xiaoqing Wang;Yixing Feng;Yanhui Zhao;Zhiming Zheng;Xiangming Yang;Lixia Liu;Chunxin Qin;Ke Zhao;Xiaonan Liu;Caixia Li;Liuyang Zhang;Chunrui Yang;Na Zhuo;Hong Zhang;Jie Liu;Jinglei Gao;Xi
  • 通讯作者:
    Xi
Miscell: An efficient self-supervised learning approach for dissecting single-cell transcriptome
Miscell:一种用于剖析单细胞转录组的高效自监督学习方法
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2021.103200
  • 发表时间:
    2021-11-19
  • 期刊:
    iScience
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Shen H;Li Y;Feng M;Shen X;Wu D;Zhang C;Yang Y;Yang M;Hu J;Liu J;Wang W;Zhang Q;Song F;Yang J;Chen K;Li X
  • 通讯作者:
    Li X
Prediction of Two Molecular Subtypes of Gastric Cancer Based on Immune Signature
基于免疫特征预测胃癌两种分子亚型
  • DOI:
    10.3389/fgene.2021.793494
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in Genetics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu D;Feng M;Shen H;Shen X;Hu J;Liu J;Yang Y;Li Y;Yang M;Wang W;Zhang Q;Song F;Liu B;Chen K;Li X
  • 通讯作者:
    Li X

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

拓扑半金属材料的单晶生长研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    伊长江;王乐;冯子力;杨萌;闫大禹;王翠香;石友国
  • 通讯作者:
    石友国
黄土高原丘一区典型流域坡耕地分布及其侵蚀地形特征
  • DOI:
    10.16843/j.sswc.2020.06.001
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国水土保持科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨萌;宋晓鹏;张岩;邓家勇;赵一阳
  • 通讯作者:
    赵一阳
行星齿轮连杆式栽植机构的设计与仿真分析
  • DOI:
    10.13427/j.cnki.njyi.2018.10.007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农机化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李树峰;麻平;曹卫彬;杨萌;赵宏政;刘娇娣
  • 通讯作者:
    刘娇娣
减小桨叶载荷的风电独立变桨优化控制模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电力系统及其自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    兰飞;杨萌;王哲豪;蒋星
  • 通讯作者:
    蒋星
新疆区域两化融合水平的评价方法及应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    现代制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘陈成;袁逸萍;杨萌
  • 通讯作者:
    杨萌

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

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

        graph TD
          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]
      
关闭
close
客服二维码