脑部放射外科治疗中的微小病灶及器官智能分割技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61902264
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0210.计算机图像视频处理与多媒体技术
  • 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

Stereotactic radiosurgery is one of the most important methods to treat brain functional abnormalities and small tumors. The key step of the treatment is the accurate delineation of the therapeutic targets. Essentially speaking, it’s lesion and organ segmentation based on medical images. Because the corresponding lesions and organs are always small and the treatment is sensitive with the contouring time, it’s difficult to segment manually. We proposed an automatic target delineation model to facilitate treatment planning of brain radiosurgery. During the following research, we found its accuracy and sensitivity outperform other similar methods, but it’s easy to over segmentation. After well study, we propose to work on the intelligent segmentation technology of small lesions and organs in brain radiosurgery based on multi-modality Magnetic resonance images. We intend to conduct the research work from the following aspects.(1)The multiscale features will be fused to perform the joint prediction to improve the robustness of lesion segmentation.(2)Based on capsule net, the quantitative representation of the relationship among organs will be presented. And the corresponding model will perform the accurate segmentation of small organs.(3)The mapping between the multimodality space and the full modality space will be constructed. It will compensate the missing modality samples and ensure the workflow works well. Through the research of the project, we hope to provide the critical technology supporting tools for brain radiosurgery. Meanwhile, it provides available solutions to other small target segmentation missions.
立体定向放射外科是治疗脑部功能性异常和微小肿瘤最为重要的手段之一,其成功实施的关键在于治疗目标的高精度勾画,本质是在医学影像上进行病灶和器官分割。由于相关病灶和器官体积微小、对勾画耗时敏感,手工分割十分困难。前期,我们构造了自动靶区勾画模型来辅助放射外科制定治疗计划,后续研究中发现其精度和敏感性在同类方法中表现尚佳,但易“错分割”。经过充分的预研实验,本项目提出基于多模态磁共振图像,针对脑部放射外科治疗中微小病灶和器官的智能分割技术进行研究,拟从以下几方面开展工作:融合多尺度信息进行联合预测,提高病灶分割的准确性;基于胶囊网络对器官间相互关系进行量化描述并构造分割模型,实现微小器官高精度分割;构造多模态空间到完整模态空间的映射,通过该映射对缺失模态样本进行信息补偿,保障多模态分割顺利实施。通过本项目的实施,将为脑部放射外科治疗提供关键技术支持,同时为相关领域的小目标分割任务提供解决思路。

结项摘要

立体定向放射外科是治疗脑部功能性异常和微小肿瘤最为重要的手段之一,其成功实施的关键在于治疗目标的高精度勾画,本质是在医学影像上进行病灶和器官分割。由于相关病灶和器官体积微小、对勾画耗时敏感,手工分割十分困难。前期,我们构造了自动靶区勾画模型来辅助放射外科制定治疗计划,后续研究中发现其精度和敏感性在同类方法中表现尚佳,但易“错分割”。经过充分的预研实验,本项目提出基于多模态磁共振图像,针对脑部放射外科治疗中微小病灶和器官的智能分割技术进行研究,主要开展了以下几方面的工作:构造了一种新的coarse-to-fine的分割框架DeSeg,通过将对象级的目标检测结合到像素级的图像分割任务中,融合多尺度信息提高微小病灶分割的精度和准确性;提出中心点引导SSD检测模型对器官间相互关系进行量化描述,提出能够根据图像特征自由选择信道扩张率的多尺度卷积算子并构造分割模型,实现微小器官高精度分割;构造多模态空间到本征特征空间的映射,通过该映射对缺失模态样本进行信息补偿,保障多模态分割顺利实施。结果显示,本课题所提出的病灶及器官分割算法的性能较现有算法有明显提高,同时,本课题所提出的多尺度卷积算子在医学影像分析相关的其他任务中也表现良好。课题研究成果已经发表了多篇学术论文,多次参加国内外学术会议进行宣传。通过本项目的实施,将为脑部放射外科治疗提供关键技术支持,同时为相关领域的小目标分割任务及医学影像分析的相关任务提供解决思路。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
基于模型压缩与重构U-net的胰腺分割
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    计算机工程与设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马豪;刘彦;张俊然
  • 通讯作者:
    张俊然
MAGIC: Manifold and Graph Integrative Convolutional Network for Low-Dose CT Reconstruction
MAGIC:用于低剂量 CT 重建的流形和图集成卷积网络
  • DOI:
    10.1109/tmi.2021.3088344
  • 发表时间:
    2021-12-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Xia, Wenjun;Lu, Zexin;Zhang, Yi
  • 通讯作者:
    Zhang, Yi
基于U型结构的多尺度皮肤病分割算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    计算机工程与设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李家琛;刘彦;王一诺;张俊然
  • 通讯作者:
    张俊然
FONT-SIR: Fourth-Order Nonlocal Tensor Decomposition Model for Spectral CT Image Reconstruction
FONT-SIR:用于能谱 CT 图像重建的四阶非局部张量分解模型
  • DOI:
    10.1109/tmi.2022.3156270
  • 发表时间:
    2022-08-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Chen, Xiang;Xia, Wenjun;Zhang, Yi
  • 通讯作者:
    Zhang, Yi
Weakly Supervised Ternary Stream Data Augmentation Fine-Grained Classification Network for Identifying Acute Lymphoblastic Leukemia.
用于识别急性淋巴细胞白血病的弱监督三元流数据增强细粒度分类网络
  • DOI:
    10.3390/diagnostics12010016
  • 发表时间:
    2021-12-22
  • 期刊:
    Diagnostics (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Y;Chen P;Zhang J;Liu N;Liu Y
  • 通讯作者:
    Liu Y

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其他文献

基于权重堆排序的NAND Flash静态磨损均衡机制
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1007-130x.2019.02.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机工程与科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘彦;徐骥龙;祝磊
  • 通讯作者:
    祝磊
A quasi-isentropic model of a cylinder driven by aluminized explosives based on characteristic line analysis
基于特征线分析的含铝炸药驱动圆柱体准等熵模型
  • DOI:
    10.1016/j.dt.2021.08.002
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Defence Technology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    王虹富;刘彦;白帆;闫俊伯;李旭
  • 通讯作者:
    李旭
混凝土动态断裂数值模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    兵工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘彦;刘陆广;欧卓成;黄风雷;段卓平
  • 通讯作者:
    段卓平
改进的异构多处理器的实时任务调度算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹杨美;徐成;刘彦
  • 通讯作者:
    刘彦
直流电晕自由基簇射处理PCB热解废气的动力学模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    环境工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林杰;温正城;刘彦;谢晨晖;骆沁奇
  • 通讯作者:
    骆沁奇

其他文献

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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

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          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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