基于多模态影像融合的肿瘤精准消融方法与系统

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    12126607
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    100.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
  • 结题年份:
    2023
  • 批准年份:
    2021
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2021 至2023

项目摘要

Ablation therapy has been a curative method for liver tumors following surgical resection. Conformal and complete tumor eradication and accurate evaluation for treatment effect are two critical points for ablation therapy. Liver is a flexible and moving organ with large deformation, which affects the accuracy of ablation treatment. This project focuses on the precise requirements of ablation treatment, aiming to solve the following complex technical problems using multimodal images techniques. We will introduce self-learning regularization restriction with high generalization performance and prior knowledge to solve the segmentation of the tumor and its adjacent structures, especially the segmentation of tumors and vessels from dynamic ultrasound. We will model structure-preserving mathematics of optimal transmission to realize accurate and rapid intraoperative registration. A functional minimization method will be established under the constraint of high-dimensional data statistics to study the morphological changes of organs and tumors before and after the ablation therapy. The homogeneous perturbation mathematical theory and a new multi-step gradient acceleration algorithm will be developed to simulate the special area's thermal field rapidly. Finally, we will establish a precise and intelligent ablation system for hepatic tumors based on multimodal image fusion, to realize precise localization, intraoperative planning, accurate and rapid calculation and monitoring of thermal field. Through the inter-discipline of mathematics and medicine, this project will not only promote the development of mathematics, but also facilitate ablation therapy access to the era of precise quantification.
消融已成为继手术之后肝脏肿瘤另一种根治性治疗方法,在三维空间上精准适形完全灭活肿瘤和准确评估疗效是消融治疗的关键。肝脏作为形变较大的柔性运动脏器是影响消融精准性的难点所在。本研究针对肿瘤消融的精准化需求,利用多模影像技术重点解决以下问题:利用先验知识,通过引入高泛化能力自学习正则化约束数学方法,解决肿瘤及周边结构的快速精准分割问题,特别是基于动态超声图像的病灶分割与血管提取问题;构建保解剖结构的最优传输数学模型,实现术中精准快速配准;建立高维数据统计约束下的泛函极小化方法,研究消融前后脏器及肿瘤形态变化的规律;通过建立同质化微扰数学理论,设计新的多步梯度加速算法,实现特定区域温度场的快速模拟与仿真;最终建立多模态影像肝癌精准智能消融系统(肿瘤消融精准定位、术中规划、温度场精准快速计算与温控系统)。本项目不仅促进数学的发展,形成新的生长点,而且通过数学与医学交叉助力消融治疗进入精准量化时代。

结项摘要

消融已成为继手术之后肝脏肿瘤另一种根治性治疗方法,在三维空间上精准适形完全灭活 肿瘤和准确评估疗效是消融治疗的关键。肝脏作为形变较大的柔性运动脏器是影响消融精准性的难点所在。本研究针对肿瘤消融的精准化需求,利用多模影像技术重点解决了以下难题:(1)提出了一种理想参数下微波消融热场的解析解方法,该方法计算局部热场仅耗时0.18秒。以解析解温度场先验结合深度学习方法计算个性化消融区与真实消融损伤区域的重叠率(Dice系数)为90.3%,整体预测时间约为0.45秒。(2)采用ICP(迭代最近点)算法和序列最小二乘优化策略,实现CT坐标系与术中导航标记贴坐标系之间的精确配准,单点配准的误差小于0.5毫米。(3)通过完全无监督的方式,提出图像端到端的配准模型,术前术后肝脏配准后平均Dice系数为0.92。(4)对导航系统进行了动物实验和初步的患者评估,综合评估消融治疗术前高效规划、术中精准引导、术后客观评估三个阶段在肿瘤治疗的应用价值。在临床115例HCC术后评估实验中,术后残癌检测率的敏感性和特异性分别达到83.3%和95.2%,较临床医生常规的二维影像评估登指数提升了20.2%。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)

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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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