多尺度融合与注意力结合的头颈部危及器官自动分割林小惟 杨瑞杰 李霓 齐琦
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20220128-00047
目的
开发一种多尺度融合与注意力机制结合的头颈部肿瘤放疗危及器官图像分割方法。
方法
基于U-Net卷积神经网络,为增强分割模型的特征表达能力,将空间和通道注意力模块与U-Net模型相结合,提高与分割任务相关性更大的特征通道权重;在网络模型编码阶段引入本文提出的多尺度特征融合算法,补充模型下采样过程中损失的特征信息。使用戴斯相似性系数(DSC)和95%豪斯多夫距离(HD)作为不同深度学习模型之间比较的性能评估标准。
结果
在医学图像计算和计算机辅助干预国际会议(MICCAI)StructSeg 2019数据集上进行头颈部22个危及器官的分割。相比于已有方法,本文提出的分割方法平均DSC提升了3%~6%,22种头颈部危及器官的分割平均DSC为78.90%,平均95%HD为6.23 mm。
结论
基于多尺度融合和注意力机制的U-Net卷积神经网络对头颈部危及器官达到了更好的分割精度,有望在临床应用中提高医生的工作效率。
基于γ分析的LNDM和MKM放疗计划处方剂量转换研究杨静芬 张晖 刘新国 戴中颖 贺鹏博 马圆圆 申国盛 陈卫强 李强
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20220414-00141
目的
在基于纳剂量学模型(LNDM)的治疗计划中,应用日本国立放射线综合医学研究所(NIRS)积累的临床经验,验证γ分析方法在LNDM和微剂量动力学模型(MKM)间处方剂量转换研究中的可行性。
方法
通过开源的多种射线放疗计划设计平台matRad,采用γ分析的方法对基于MKM和基于LNDM的碳离子治疗计划进行比较,得到不同模型的转换因子。通过水模体研究靶体形状及大小、靶体位置深度、处方剂量和照射方式对模型转换因子的影响,并采用C型靶模型和肝癌患者病例对转换因子进行初步验证。
结果
模型转换因子与靶体形状无关,与照射方式有关。在单野照射条件下,其与靶体大小、靶体位置深度及处方剂量成正相关。并且C型靶模型和肝癌患者病例成功验证了转换因子,其基于MKM和LNDM的治疗计划所生成的物理剂量分布的γ通过率(2%/2 mm)分别为92.79%和91.19%。
结论
本文所计算的转换因子(f=DLNDM/DMKM)可用于指导基于LNDM的碳离子治疗计划设计时处方剂量的设置。γ分析可用于不同模型处方剂量间的转换研究。
HD-V2胶片在超高剂量率电子线射束剂量测量中适用性的研究毛荣虎 马蕾杰 雷宏昌 陈鹏 李兵 罗辉 刘晗 程秀艳 郭伟 葛红
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20220128-00042
目的
评估Gafchromic HD-V2胶片在改造常规直线加速器超高剂量率电子线射束中剂量测量的适用性,及其能量和剂量率响应特性。
方法
使用HD-V2胶片测定改造常规直线加速器电子线的平均剂量率,测量的结果与改进型Markus平板电离室、丙氨酸剂量计进行比较,并使用HD-V2胶片进行初步物理特性测量。利用直线加速器上不同能量射线(6 MV X线和9、16 MeV电子线),剂量范围10~300 Gy,研究HD-V2胶片的能量响应。同时利用直线加速器剂量率(0.03、0.06、0.1 Gy/s)及改造机超高剂量率(范围100~200 Gy/s)射束,研究HD-V2胶片的剂量率响应。
结果
使用HD-V2胶片测量改造后电子线在源皮距(SSD)100 cm处平均剂量率约为121 Gy/s,与改进型Markus平板电离室、丙氨酸剂量计测量结果一致。改造后超高剂量率射束百分深度剂量(PDD)曲线参数与常规9 MeV电子线相近,离轴剂量分布总体呈现中心轴最高,随离轴距离增加,剂量逐渐下降的特点。对于不同能量6 MV X线和9、16 MeV电子线,剂量范围20~300 Gy,HD-V2胶片无显示能量响应。在常规剂量率(0.03、0.06、0.1 Gy/s)条件下HD-V2胶片无明显剂量率响应,在超高剂量率范围100~200 Gy/s条件下,改造机出束时间与HD-V2胶片测量的剂量之间呈线性关系,无明显剂量率响应。
结论
本研究结果表明HD-V2胶片适用于改造常规直线加速器超高剂量率射束的剂量测量,且无明显能量及剂量率响应。
基于图像结构转换和demons配准的无标记BEV肿瘤跟踪算法管棋 丘敏敏 黄泰茗 钟嘉健 罗宁 邓永锦
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20220406-00124
目的
提出可应用于图像质量差、多叶准直器(MLC)遮挡和非刚性变形的兆伏级图像的无标记射束方向观(BEV)肿瘤放疗跟踪算法。
方法
采用窗口模板匹配、图像结构转换和demons非刚性配准方法,解决兆伏级图像中的配准问题。在模体中生成质量保证(QA)计划并在加速器上手动设置治疗偏移后执行,收集治疗过程中的682幅电子射野影像装置(EPID)图像作为固定图像;同时采集计划系统中对应射野角度的数字重建影像(DRR)图作为浮动图像,验证算法的准确性。此外收集21例肺部肿瘤治疗患者的共533对图像进行肿瘤跟踪研究,提供治疗过程中肿瘤位置变化定量结果。图像相似度用于跟踪结果的第三方验证。
结果
算法可应对不同程度(10%~80%)的图像缺失,模体验证中86.8%的跟踪误差在3 mm以下,80%在2 mm以下。配准前后归一化互信息(NMI)变化为(1.182±0.026)~(1.202±0.027)(P<0.005),豪斯多夫距离(HD)变化为(57.767±6.474)~(56.664±6.733)(P<0.005)。病例结果以平移为主(-6.0~6.2 mm),但非刚性形变仍存在。配准前后NMI变化为(1.216±0.031)~(1.225±0.031)(P<0.005),HD变化为(46.384±7.698)~(45.691±8.089)(P<0.005)。
结论
本文算法可应对不同程度图像缺失,且在数据缺失图像的非刚性配准中表现较好,适用于不同放疗技术,为多模态、部分数据及图像质量较差的兆伏级图像处理提供了参考思路。
热疗通过下调Notch1/Jagged1/Hes1诱导舌鳞癌细胞凋亡的初步研究吕玉蓉 郑鹤 祁晶 吕思怡 王静
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20211101-00445
目的
观察舌鳞癌细胞Cal-27短时多次热疗的最佳间隔时间并探究Notch信号通路在热疗诱导舌鳞癌细胞凋亡中的作用。
方法
将Cal-27细胞置入42℃培养箱热疗45 min,分别在6、12、24、48、72 h后进行第2次热疗,并在热疗结束后0、12、24 h通过CCK-8实验检测细胞增殖能力变化。确定最佳热疗间隔时间后进行多次热疗,分别通过CCK-8实验及流式细胞术检测热疗对Cal-27细胞增殖及凋亡能力的影响。通过实时反转录PCR实验及蛋白质印迹法实验分析Notch1、Jagged1、发状分裂相关增强子1(Hes1)的mRNA及蛋白表达变化。实验数据以x¯±s表示,两组间比较采用单因素方差分析。
结果
每隔12 h给予42℃ 45 min热疗1次可持续抑制舌鳞癌Cal-27细胞的增殖(P<0.05)。在热疗持续进行7次后与对照组相比,热疗可明显抑制舌鳞癌Cal-27细胞的增殖并诱导其凋亡(P<0.05),且热疗组细胞的Notch1、Jagged1、Hes1的mRNA及蛋白表达均显著降低(P值均<0.05)。
结论
12 h热疗1次为抑制舌鳞癌Cal-27细胞增殖的最佳间隔时间,其机制可能与热疗通过抑制Notch信号通路的表达诱导舌鳞癌Cal-27细胞凋亡有关。
喉鳞状细胞癌中NF45表达及其对肿瘤细胞辐射敏感性的影响古丽娜尔·吐尔地 朱成斌 赵辉 迪丽努尔·尼加提
中华放射肿瘤学杂志2023年 32卷 04期
DOI: 10.3760/cma.j.cn113030-20220505-00157
目的
探究双链RNA结合蛋白核因子(NF45)在喉鳞状细胞癌(LSCC)中的表达,及其对LSCC细胞辐射敏感性的影响及机制。
方法
实时反转录PCR(RT-qPCR)和免疫组化染色检测LSCC及癌旁组织内NF45表达。将NF45-shRNA慢病毒转染至Hep-2细胞,RT-qPCR和蛋白质印迹法(WB)测定细胞转染效果。将Hep-2细胞分为对照组、2 Gy组、sh-NC+2 Gy组和sh-NF45+2 Gy组,进行慢病毒感染和2 Gy X射线照射处理,CCK-8法检测细胞增殖活性,流式细胞术测定细胞凋亡率。采用mCherry-EGFP-LC3B处理各组Hep-2细胞,免疫荧光染色检测细胞自噬水平,WB测定细胞内自噬相关蛋白微管相关蛋白轻链3(LC3)-Ⅱ/ LC3-Ⅰ比值及Beclin-1、p62蛋白表达水平。
结果
NF45在LSCC组织中的表达水平显著高于癌旁组织(P<0.01)。感染NF45-shRNA的Hep-2细胞中NF45 mRNA相对表达量和蛋白相对表达量均显著低于对照组和sh-NC组(P值均<0.05)。与对照组比较,2 Gy组、sh-NC+2 Gy组及sh-NF45+2 Gy组细胞增殖活性均降低,细胞凋亡率增加,细胞内自噬溶酶体增多,LC3-Ⅱ/ LC3-Ⅰ比值升高,Beclin-1蛋白相对表达量增加,p62蛋白相对表达量减少(P值均<0.05)。与2 Gy组比较,sh-NF45+2 Gy组细胞增殖活性降低且细胞凋亡率增加,同时,细胞内自噬溶酶体增多,LC3-Ⅱ/ LC3-Ⅰ比值升高,Beclin-1蛋白相对表达量增加,p62蛋白相对表达量减少(P值均<0.05)。
结论
NF45在LSCC组织中表达升高,靶向下调NF45表达能够抑制LSCC细胞增殖活性,促进细胞凋亡,提高肿瘤细胞的辐射敏感性,该机制可能与调控细胞自噬水平有关。