基于多任务学习的轻量级卷积神经网络在肺部危及器官自动分割中的应用研究张婕 杨一威 邵凯南 白雪 方敏 单国平 陈明
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200409-00167
目的
研究基于多任务学习轻量级卷积神经网络(MTLW-CNN)在肺部危及器官(OAR)自动分割中的应用。
方法
MTLW-CNN包含多个特征共享层和OAR的对应勾画分支。收集497例肺癌病例,以同时包含肺、心脏和脊髓的CT及医生勾画的轮廓为样本,随机划分300例用于训练与验证,197例用于测试。在测试集应用MTLW-CNN计算OAR的戴斯相似性系数(DSC),与Unet、DeepLabv3+的DSC、训练及测试时长、空间复杂度(S)进行对比。为研究多任务学习对模型泛化性能的影响,按照MTLW-CNN结构建立3个OAR的单任务学习模型(STLW-CNN),使用相同数据训练与测试,统计并对比两者DSC。
结果
MTLW-CNN的肺、心脏、脊髓DSC平均值分别为0.954、0.921、0.904。与Unet、DeepLabv3+的DSC差距<0.020,训练与测试时长是Unet、DeepLabv3+的1/3~1/30,S分别为Unet、DeepLabv3+的1/42、1/1220。STLW-CNN的肺、心脏DSC平均值、标准差与MTLW-CNN差距约为0.005、0.002,脊髓平均值相差0.001,但标准差却比MTLW-CNN高0.014。
结论
MTLW-CNN以更小的时间、空间代价实现肺部OAR的高精度自动勾画,不仅可以提高模型应用效率,还有利于提高模型的泛化性能。
乳腺癌改良根治术后三种放疗技术的剂量学对比研究苗俊杰 徐英杰 翟医蕊 门阔 王淑莲 戴建荣
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200528-00281
目的
分析比较容积调强弧形治疗(VMAT)与固定野调强放疗(F_IMRT)、电子束联合VMAT (E&VMAT)技术在乳腺癌改良根治术后放疗中的剂量学差异,为临床选择治疗方案提供参考。
方法
随机选择乳腺癌改良根治术后放疗的左乳腺癌患者10例,靶区包括患侧胸壁和锁骨上淋巴引流区,处方剂量43.5 Gy (2.9 Gy/次)。基于Pinnacle3计划系统为每位患者分别设计VMAT、F_IMRT、E&VMAT (胸壁靶区部分电子束照射、锁骨上区部分VMAT照射)计划。对比评价靶区剂量分布适形度与均匀性、危及器官受量以及治疗实施时间。
结果
VMAT计划能改善靶区剂量分布,靶区剂量适形指数和均匀性指数均优于F_IMRT和E&VMAT计划(均P<0.05)。VMAT计划患侧肺平均剂量、V30Gy、V20Gy、V10Gy均优于F_IMRT和E&VMAT计划(均P<0.05)。VMAT计划患侧肺V5Gy优于F_IMRT计划(P<0.05),与E&VMAT计划的V5Gy相近(P>0.05)。VMAT计划的心脏、健侧乳腺、健侧肺均能满足临床剂量限制要求。VMAT、F_IMRT、E&VMAT计划的治疗时间分别为(326±27)、(1 082±169)、(562±48) s。
结论
与F_IMRT和E&VMAT计划相比,VMAT计划质量更优,治疗时间更短,具有较高的临床应用价值。
瓦里安高分辨率多叶准直器叶片位置误差对肺肿瘤立体定向放疗剂量学影响郑佳俊 翟振宇 孙丽
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20210417-00189
目的
研究瓦里安高分辨率(HD120)多叶准直器叶片位置误差对肺部肿瘤体部立体定向放疗(SBRT)的剂量学影响。
方法
选取江苏省肿瘤医院9例已完成治疗的基于HD120调制的肺部肿瘤SBRT计划作为参考计划,采用基于Varian Eclipse 15.6治疗计划系统自带应用程序接口的自编程序修改计划参数,分别生成包含叶片位置同向系统误差、异向系统误差和随机误差的误差模拟计划。计算各个模拟计划与参考计划剂量学指标的偏差并做回归分析,以此评估HD120的三类叶片位置误差对SBRT的剂量学影响。
结果
计划靶体积D99%、D2cm和双肺V5Gy均随同向系统误差绝对值增大呈抛物线型降低,二次回归分析后得到一阶敏感度为(-0.06~-0.26)%/mm,二阶敏感度为(-0.55~-1.17)%/mm2(R2=0.96~0.99,P<0.01),其中计划靶体积D99%最大变化为-3.13%。对异向系统误差和随机误差的影响做线性回归分析,得出适形指数偏差随这两种误差变化的敏感度分别为25.16%/mm (R2=0.98,P<0.01)和-4.84%/mm (R2=0.99,P<0.01),其余剂量学偏差随异向系统误差变化的敏感度范围为(4.80~5.12)%/mm (R2=0.96~0.98,P<0.01),随随机误差变化的敏感度范围为(-0.47~-1.01)%/mm (R2=0.96~0.99,P=0~0.02)。
结论
基于HD120调制的肺部肿瘤SBRT计划的剂量学偏差对叶片位置异向系统误差极为敏感,但对随机误差敏感性较弱。叶片位置同向系统误差会导致靶区覆盖剂量一定程度降低,因此临床工作中需严格控制SBRT计划执行时HD120叶片位置的系统误差。
基于结构信息和直觉模糊集的图像相似度测度法在放疗摆位验证中应用钟嘉健 丘敏敏 黄泰茗 肖振华 邓永锦
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200706-00344
目的
提出基于结构信息和直觉模糊集的图像相似度测度法,并对放疗计划定位CT图与CBCT图进行相似性测度以客观定量衡量摆位误差。
方法
选取鼻咽癌和盆腔部肿瘤患者各1例,提取其计划CT图像及CBCT图像,在鼻咽癌患者横截面与矢状面、盆腔部患者横截面与冠状面上,人为模拟了5种不同程度的摆位误差,同时运用相关系数、均方误差、图像联合熵、互信息以及本文相似度测度法对误差进行比较测量。
结果
5种方法都可以在一定程度上描述误差。对比其他方法,相似度测度法随着误差增大表现出更强烈的变化趋势:鼻咽癌横截面5种误差递增结果归一化后为0.553、0.683、1.055、1.995、5.151,矢状面为1.171、1.618、1.962、1.790、3.572;而其他方法结果归一化后为0~2间,且同一方法不同误差的结果变化较小。另外,该方法对软组织误差更敏感。
结论
基于结构信息和直觉模糊集的图像相似度测度法衡量结果与人眼感知更一致,可一定程度上客观量化了包括骨性标记与软组织的误差,其反映的软组织偏差对个体化精准放疗有意义。
Myosin X对肺癌H1975细胞系放射敏感性调节及机制探讨沈惠 欧海斌 邵晶 江耀飞 刘羽 张俊红 谢丛华
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200209-00051
目的
探讨Myosin X对肺癌H1975细胞系放射敏感性调节及相关机制。
方法
蛋白免疫印迹法检测肺癌细胞系中Myosin X表达量以获取实验对象。运用CRISPR/Cas9技术建立敲除Myosin X的H1975细胞系(KO组)和感染对照病毒的H1975细胞系(NC组),并进行敲除效率验证。克隆形成实验及多靶单击模型检测两组细胞对射线敏感性差异。γ-H2AX焦点形成实验及RNAseq差异分析技术寻找可能参与Myonsin X介导的肺癌细胞系放射敏感性调节机制。
结果
Myosin X在H1975细胞中表达量明显高于其他细胞系(P<0.01)。经鉴定成功构建了Myosin X sgRNA-Lenti-CRISPR v2慢病毒载体,嘌呤霉素筛选后得到Myosin X完全敲除的H1975(KO组)及对照组(NC组)细胞系。克隆形成实验证明相较于NC组,KO组对射线的敏感性更强(D0值从1.28 Gy下降至1.03 Gy,SF2从0.29下降至0.21,放射敏感性比为1.24)。γ-H2AX焦点形成实验显示照后1、6 h KO组形成的损伤焦点数均多于NC组(P<0.05),RNAseq差异分析技术结果显示KO组ISLR蛋白表达明显低于NC组(P<0.05)。
结论
敲除Myosin X可以增强肺癌H1975细胞的放射敏感性,其机制可能与干扰DNA双链损伤修复以及降低ISLR表达有关。
白藜芦醇联合γ射线调控PI3K/Akt/mTOR信号通路对宫颈癌Hela细胞的影响章建富 章云军 蒋本贵 梅海炳 钟惠珍
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200525-00272
目的
探讨白藜芦醇联合γ射线对宫颈癌Hela细胞生物学行为的影响,并对其可能机制进行初步探究。
方法
CCK-8法检测不同浓度白藜芦醇溶液±γ射线照射后细胞群体增殖;划痕实验和Transwell小室实验检测细胞迁移和侵袭;流式细胞术和Annexin V-FITC/PI双染检测细胞凋亡;蛋白印迹法检测PI3K、Akt、p-Akt、mTOR、p-mTOR蛋白表达。
结果
与对照组相比,白藜芦醇组±γ射线照射均能抑制细胞增殖、迁移、侵袭能力,并促进细胞凋亡,且联合的效果更加明显。与对照组相比,白藜芦醇和γ射线均能降低细胞中Bcl-2、PI3K、p-Akt、p-mTOR蛋白表达,使Bax蛋白表达上调,但Akt、mTOR蛋白未发生明显改变。
结论
白藜芦醇联合γ射线能够明显抑制Hela细胞增殖、迁移、侵袭能力并促进细胞凋亡,其机制可能与PI3K/Akt/mTOR信号通路的抑制作用及下游相关蛋白的表达相关。
circ_0001955靶向miR-149对前列腺癌DU145细胞系放射敏感性的实验研究李征 张天标 程双蕾 吴小源
中华放射肿瘤学杂志2021年 30卷 09期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20200704-00342
目的
探讨circ_0001955对前列腺癌DU145细胞系放射敏感性的影响及分子机制。
方法
将si-con、si-circ_0001955、miR-con、miR-149转染至DU145细胞中,分别记为si-con、si-circ_0001955、miR-con、miR-149组;将miR-149与pc-circ_0001955共转染至DU145细胞记为miR-149+pc-circ_0001955组,以未经任何处理的细胞作为空白对照组。实时荧光定量PCR检测circ_0001955和miR-149表达水平;MTT检测细胞活力;流式细胞仪检测细胞凋亡;Transwell检测细胞迁移和侵袭;蛋白质印迹法检测MMP-2、MMP-9、Cleaved caspase-3、Cleaved caspase-9、γ-H2AX蛋白表达;细胞克隆形成实验检测细胞放射敏感性;双荧光素酶报告实验验证circ_0001955和miR-149的靶向关系。
结果
细胞中circ_0001955高表达,miR-149低表达。沉默circ_0001955或过表达miR-149后细胞活性、迁移和侵袭数降低,MMP-2、MMP-9表达水平降低,Cleaved caspase-3、Cleaved caspase-9表达水平升高,细胞凋亡率升高(P<0.05)。4 Gy X线照射后细胞中γ-H2AX表达水平升高,细胞存活分数降低,敏感性比1.38。circ_0001955靶向调控miR-149,同时过表达circ_0001955和miR-149后细胞增殖活性、迁移和侵袭细胞数升高,细胞凋亡率、细胞存活分数升高,敏感性比0.72。
结论
沉默circ_0001955靶向上调miR-149抑制DU145细胞增殖、迁移、侵袭,诱导细胞周期阻滞,诱导细胞凋亡和增加细胞放射敏感性。