智能化内放疗手术规划系统关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871457
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2807.治疗计划、导航与机器人辅助
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Brachytherapy is widely accepted for its minimally invasive character, irradiation-field fixation and good therapeutic effect. However, two key technologies are important factors to improving safety, planning efficiency and accuracy, reducing side effects and reducing complications of brachytherapy. One is intelligent segmentation and diagnosis of lung tumor with high automation, stability, accuracy and high efficiency. Another is intelligent dose planning technology based on clinical guidelines and priori success plans. In view of this, intelligent segmentation, malignant tumor detection and intelligent dose planning are the main subjects in this research. This study focuses on the clustering method, establishment of feature bank, optimal matching algorithm, intelligent dose planning method and optimization algorithm for benign and malignant tumors. First of all, the automatic selection algorithm of initial clustering center in lung tumor segmentation process is studied. Combined with the theory of fuzzy logic analysis, a fuzzy clustering fusion analysis method based on machine learning is developed to solve the automatic segmentation mechanism of lung parenchyma. By improving the statistical learning mechanism of support vector machine (SVM), intelligent detection of potential lung tumors can be realized. Secondly, based on the prior treatment plan data, the intelligent heterogeneous database is constructed, the dose optimization learning curve under multi-constraint conditions is studied, and the dose optimization model is established. Finally, the reliability and feasibility of the method are verified by comparative test and questionnaire survey. All these studies will support the development of an artificial intelligence-based brachytherapy planning system for lung cancer.
近距离粒子内放疗手术以其微创性、照射野固定、治疗效果好得到临床的广泛认可。然而,高精度且高效率的肺肿瘤智能分割、诊断技术和剂量规划技术的解决将在最大程度上提高手术安全性、规划效率和精确度,减少副作用、降低并发症。鉴于此,本研究以肺部肿瘤的近距离粒子内放疗手术规划为主要研究对象。针对聚类分析方法、肿瘤的特征库建立,最佳匹配算法,智能内放疗剂量规划及优化算法开展研究。首先研究肺部肿瘤分割过程中初始聚类中心自动选取算法,结合模糊逻辑分析理论,形成机器学习下的模糊聚类融合分析方法,以此解决肺实质的自动分割机理,通过改善支持向量机的统计学习机制研究,实现潜在肺部肿瘤的智能检测。其次,基于先验的治疗计划数据,构建智能异构数据库,研究多约束条件下剂量优化学习曲线,建立剂量优化模型。最后,通过对比试验及问卷调查,验证方法的可靠性和可行性。形成一套肺部肿瘤近距离粒子治疗计划系统。

结项摘要

近距离粒子植入手术作为肺肿瘤治疗的重要医疗手段,近年来被广泛应用于临床治疗中。然而,术前肺肿瘤诊断、分割及剂量计划制定的精度与效率是影响此类手术安全性及临床效果的关键。鉴于此,本项目研究团队通过将大数据、人工智能与临床医学交叉融合,针对肺肿瘤术前智能检测及智能分割机理、智能化术前剂量规算法展开深入研究:.1)完成了面向肺肿瘤的智能分割方法的构建。通过建立训练数据库,融合聚类分析体制与模糊逻辑理论,克服初始聚类中心的选取敏感等问题,综合考虑肺实质的形态学特征,并针对不同组织特性的肺实质去噪机理展开研究,实现肺肿瘤的术前自动智能分割。.2)实现了一种面向肺肿瘤的智能检测新方法。建立先验良恶性肿瘤特征数据库,通过对良恶肿瘤的纹理特性、离心率等特征进行综合分析考量,设计基于残差神经网络的肺肿瘤智能检测体系,并结合挤压-激励操作,突破小样本、高维非线性情况的下的肺肿瘤检测难题,实现肺肿瘤的自动智能检测。.3)构建了一种基于先验病例数据库的智能剂量规划理论体系。完成基于先验离散治疗计划数据的智能数据库的建立,以此为基础,建立基于孪生神经网络的术前病例相似性剂量预测方法,并提出一种基于模拟退火算法的剂量优化算法,二者有机结合,实现术前自动智能的剂量规划。.4)建立了一体化肺肿瘤术前智能诊疗系统,并搭建实验平台,结合临床先验成功病例数据库,对其进行临床可行性与安全性的验证。实验结果表明,本项目完成的智能诊疗系统能够对患者进行有效的术前精准诊断和手术规划。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Design and Validation of a Spinal Surgical Navigation System Based on Spatial Augmented Reality
基于空间增强现实的脊柱手术导航系统的设计与验证
  • DOI:
    10.1097/brs.0000000000003666
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    SPINE
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Bin Xu;Zhiyong Yang;Shan Jiang;Zeyang Zhou;Bowen Jiang;Shiwu Yin
  • 通讯作者:
    Shiwu Yin
基于代价地图的活检路径规划研究
  • DOI:
    10.11784/tdxbz202008061
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    天津大学学报. 自然科学与工程技术版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨志永;房培娜;刘琬钰;姜杉
  • 通讯作者:
    姜杉
Surgical Navigation System for Low-Dose-Rate Brachytherapy Based on Mixed Reality
基于混合现实的低剂量率近距离放射治疗手术导航系统
  • DOI:
    10.1109/mcg.2019.2963657
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    IEEE Computer Graphics and Applications
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Zhou Zeyang;Yang Zhiyong;Jiang Shan;Ma Xiaodong;Zhang Fujun;Yan Huzheng
  • 通讯作者:
    Yan Huzheng
Automated pulmonary nodule detection in CT images using 3D deep squeeze-and-excitation networks
使用 3D 深度挤压和激励网络自动检测 CT 图像中的肺结节
  • DOI:
    10.1007/s11548-019-01979-1
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTER ASSISTED RADIOLOGY AND SURGERY
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Gong, Li;Jiang, Shan;Wang, Lu
  • 通讯作者:
    Wang, Lu
An Appraisal of Nodule Diagnosis for Lung Cancer in CT Images
CT图像对肺癌结节诊断的评价
  • DOI:
    10.1007/s10916-019-1327-0
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MEDICAL SYSTEMS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhang, Guobin;Yang, Zhiyong;Liu, Ziqi
  • 通讯作者:
    Liu, Ziqi

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其他文献

基于滑膜控制的长气管气缸位移伺服系统研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    姜杉;郑鹏;郭杰;刘筠
  • 通讯作者:
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激励类氖氩软X射线激光的最佳放电电流波形
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王骐
核磁兼容机器人本体材料的切削加工性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    兵工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任召伟;姜杉;戚厚军;阎兵
  • 通讯作者:
    阎兵
基于核磁图像导航的前列腺针刺手术机器人
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    机器人
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭杰;姜杉;冯文浩;刘筠
  • 通讯作者:
    刘筠
Forcemodeling for needle insertion into soft tissue based on mechanical propertiesand geometric parameters,
基于机械特性和几何参数的针插入软组织的力建模,
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    High Technology Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宿志亮;姜杉;王兴继
  • 通讯作者:
    王兴继

其他文献

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姜杉的其他基金

基于磁共振成像方法进行神经纤维结构重建的关键问题研究
  • 批准号:
    60703045
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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