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人工智能和数据挖掘技术助力精准质子治疗:武汉大学发表在线监测技术最新成果

2019/8/5 作者:彭浩博士 质子中国

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其他癌症

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质子治疗面临的主要挑战之一是精准监测布拉格峰的位置及剂量分布。治疗的不确定性来自不同因素,如束流特征、CT扫描转换过程、患者摆位、器官运动及分次间解剖位置改变等。射程/剂量在线监测的理论基础是束流次级产物的空间分布与剂量分布相关,其中基于质子诱导的正电子发射测量是一种有效的在线监测方法。

 

日前,武汉大学医学物理研究团队首次在国际上提出了通过基于机器学习和循环神经网络结构的方法重建质子在体内射程与剂量分布,实现精准质子治疗。研究利用质子在病灶内诱导的核信号进行放射治疗的监测,有效地解决了质子治疗过程中射程和剂量不确定性的难题。原文于2019年7月在线发表在《Physics in Medicine and Biology》杂志上。点击“阅读原文”或联系质子中国小编(微信号:ProtonCN)获取全文。

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质子治疗过程中,质子束在患者体内通过一系列核反应诱导产生正电子素和伽马射线信号。通过探测这些信号并结合诊断影像提供的组织结构信息,团队利用循环神经网络的结构,有效提取出了正电子素活度分布和剂量分布的关联特征,获得了在人体内部的“布拉格峰”和三维剂量分布。相比传统的验证方法,基于人工智能的机器学习与数据挖掘技术在特征提取、模型普适性、抗噪能力和端到端预测等多方面均更具优势。相关研究成果已经进入到成果转化阶段,目前正在美国斯坦福大学和日本北海道大学开展动物试验。

 

质子治疗的推广亟待解决的两大痛点是缺乏有效的在线监测方法,治疗精准度受到影响;质子治疗周期长、基于水模的治疗后验证方案耗时耗力,治疗和运营费用高。该团队的研究成果能够解决“打不准”和“价格贵”的痛点,有望在提高治愈率、缩短治疗周期、降低治疗费用和增加医院运营收入等四个方面帮助患者和医院。更多关于武汉大学质子治疗在线监测的研究成果请见质子中国往期报道《武汉大学基于质子诱导的声波重建质子束体内射程及剂量分布,实现质子治疗的实时在线监测》。(质子中国 编辑报道)

 


质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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质子治疗

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