低剂量锥束CT扫描参数个体化优化算法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11505012
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A3010.核技术在其他领域中的应用
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Kilo-voltage Cone Beam CT (CBCT) improves the inter-fractional reproducibility of patient positioning during radiotherapy. However, the accumulated imaging dose and risk to normal tissue impede its frequent application hence undermine the treatment accuracy. Previous studies have reported the inverse correlations between the patient dimension and organ dose scanned by the same protocol, which have been regressed as dosimetric models by our previously published work. Based on these models, this project aims to develop and validate a patient-size specific protocol optimizer which reduces dose but maintains adequate image quality, without any hardware upgrading or imaging post-processing. The workflows include: 1. Develop and validate a Monte Carlo program which simulates the key components of a Varian CBCT and its standard protocols (done); 2. Calculate the organ dose based on a large number of patient CT data and structure sets, and generate dosimetric models as functions of body dimensions and scanning parameters (partially published); 3. Based on the dose/noise model and a user-adjustable factor, conjugated gradient searching algorithm in multi-dimensions is used to calculate the personalized optimized scanning protocol (partially done); 4. Validate the radiation dose, image quality, and impact on the registration accuracy using both adult and pediatric anthropomorphic phantoms, which provide feedback information to further improve the algorithm (Partially done). The expected results may reveal the mechanism of how scanning protocols impact the radiation dose and image quality. Its potential application may benefit cancer patients by reducing their imaging risk, and improving the treatment accuracy as a result of the increased frequency of image guidance in radiotherapy.
千伏锥束CT引导可提高患者在数十次放疗间的体位可重复性,但其累积的成像剂量导致医生不得不减少引导频次,治疗精度也随之降低。文献提示相同扫描参数下患者体型与器官剂量负相关,本组前期研究已将该关系拟合成数学模型并发表。本研究拟利用该模型进一步建立并验证基于患者体型的扫描参数个体化优化算法,从而无需硬件升级即可以较低剂量获取满意图像。主要研究内容包括:1. 利用蒙特卡洛方法模拟锥束CT关键结构及标准参数,并以测量数据进行剂量学验证。2. 利用批量患者CT数据建模计算器官剂量,并与体型及扫描参数拟合。3.利用多维共轭梯度搜索算法,基于剂量/噪声比模型和用户可调权重,计算满足临床需求的个体化优化参数。4. 使用仿真模体验证剂量、图像质量及配准精度,并以此反馈修改优化算法。该工作预期结果将揭示扫描参数影响器官剂量及图像质量的规律,其潜在应用价值是降低患者辐射风险,提高影像引导率和放疗精度。

结项摘要

千伏锥束CT引导可提高患者在数十次放疗间的体位可重复性,但其在正常组织中的额外辐射剂量导致医生有时不得不减少引导频次并牺牲治疗精确度。本工作基于瓦里安千伏锥束CT的头、胸、盆三个标准扫描参数建立了患者体型与器官剂量负相关的数学模型。基于这些模型,本研究建立了基于患者体型的扫描参数的个体化优化算法,从而无需硬件升级即可以较低剂量获取满意图像。其核心包括:1. 利用蒙特卡洛方法模拟锥束CT关键结构及标准参数,并以实测验证计算结果。2. 利用批量患者CT数据模拟计算器官剂量,并与体型及扫描参数拟合建模。3. 利用多维共轭梯度搜索算法,基于剂量/噪声比模型和用户可调权重,计算满足具体临床需求的个体化优化参数,并通过了多套体模的剂量和位置验证。本课题共署名发表SCI论文11篇,国家级核心期刊论文25篇,国际会议论文摘要2篇。该工作的应用有利于降低患者风险,提高影像引导率和放疗精度。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
瓦里安 CBCT 在 ICRP 标准人女性模体胸部 IGRT 剂量及风险
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2016.03.017
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华放射肿瘤学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艺宝;邓军;胡俏俏;岳海振;吴昊
  • 通讯作者:
    吴昊
Nab-Paclitaxel in combination with Cisplatin versus Docetaxel plus Cisplatin as first-line therapy in non-small cell lung cancer
白蛋白结合型紫杉醇联合顺铂与多西紫杉醇联合顺铂一线治疗非小细胞肺癌
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yi Chen;Jinyu Li;Shixue Chen;Yibao Zhang;Yi Hu;Guoqing Zhang;Xiang Yan;Shunchang Jiao
  • 通讯作者:
    Shunchang Jiao
放疗体位固定板材料对MR定位图像质量影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华放射肿瘤学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡俏俏;刘卓伦;张健;李莎;岳海振;王美娇;黎田;金孙均;张艺宝
  • 通讯作者:
    张艺宝
调强计划验证通过率的影响因素分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭冉;张艺宝;李明辉;李云东;戴建荣
  • 通讯作者:
    戴建荣
Model Analytics辅助的智能放疗计划建模
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王美娇;李莎;岳海振;弓健;项小羽;张艺宝
  • 通讯作者:
    张艺宝

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其他文献

瓦里安RapidPlan模型训练中统计离群值的处理及其剂量学影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴昊;蒋璠;岳海振;张艺宝
  • 通讯作者:
    张艺宝
Tomotherapy不同MVCT扫描模式的成像剂量及对儿童患者位置验证精度的影响
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-202x.2020.01.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    曹文田
基于品质因素评价瓦里安锥束CT成像质量与辐射剂量风险收益比
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.08.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华放射医学与防护杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李俊禹;吴昊;杨敬贤;李廷廷;于松茂;卢子红;王美娇;李晨光;李玮博;张艺宝
  • 通讯作者:
    张艺宝
肺癌立体定向放疗RapidPlan商业模型的本地改造可行性探究
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.03.008
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华放射医学与防护杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王海洋;吴昊;项小羽;黄宇亮;李晨光;胡俏俏;杜伊筱;弓健;李玮博;张艺宝
  • 通讯作者:
    张艺宝
瓦里安 CBCT 在 ICRP 标准人女性模体胸部 IGRT 剂量及风险
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2016.03.017
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华放射肿瘤学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艺宝;邓军;胡俏俏;岳海振;吴昊
  • 通讯作者:
    吴昊

其他文献

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基于微尺度蒙卡方法的碳离子放疗DNA损伤物理模拟和生物验证
  • 批准号:
    12275012
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    2022
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  • 项目类别:
    面上项目

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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

        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]
      
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