国自然面上项目|基于多模态MR影像的胶质母细胞瘤高危区域定位及预后预测研究|基金申请·25-02-28

小罗碎碎念

今天和大家分享一个面上项目,执行年限为2019.01~2022.12,直接费用为57万元。

胶质母细胞瘤(GBM)预后差且差异大,异质性是重要因素,临床手段难评价。影像组学为异质性研究提供方法,MR 影像纹理特征可评价 GBM 异质性,但现有研究多针对整个肿瘤区域,难以评估不同区域预后特性,影响预后预测准确性。

基于 GBM 患者多模态 MR 影像,开展三方面工作:

  1. 结合多模 MR 影像和 GBM 多个区域,提取特征构建患者生存分层诺模图;
  2. 提出多模态影像肿瘤异质性分割和多示例学习的弱监督学习算法,挖掘高危子区域并构建生存分层模型;
  3. 提出 SHNet 模型,解决深度学习模型可视化定位不准问题,对胶质瘤分级进行预测。

通过本项目研究,建立了肿瘤异质性分割、高危区域定位和深度可视化方法,能为 GBM 诊断及手术定位等提供定量信息,具有重要临床意义。


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一、项目简介

异质性是造成胶质母细胞瘤(GBM)预后差且差异大的重要因素,临床手段难评价异质性,影像组学提供了研究方法,MR影像纹理特征可评价GBM异质性。但现有研究多针对整个肿瘤区域,难以评估不同区域预后特性,影响预后预测准确性。

为此,本项目提出基于多模态MR影像的异质性分析及预后预测方法:

  • 1)用层次聚类方法将GBM内异质性的肿瘤实质区域分割为多个同质子区域;
  • 2)以预后作为子区域危险程度评价标准,用多事件学习方法判断子区域危险特性,定位高危区域,实现异质性分析;
  • 3)筛选能反映子区域预后特性的影像学标记,建立基于异质性分析的GBM预后预测模型。

研究结果可为GBM诊断及手术定位等提供定量信息,具有重要临床意义 。


二、胶质母细胞瘤患者影像异质性子区域的划分过程

左侧展示了原始的 MR 影像,包括 FLAIR、T1、T2、T1C 序列。

上方是通过T1C和FLAIR影像划分出四个异质性子区域:

  • ① r - EA
  • ② r - CE
  • ③ r - Nec
  • ④ r - E/nCE

下方中间部分显示对T1C影像进行小波变换(Wavelet Transform),得到四个小波图像,分别是LL of T1C、LH of T1C、HL of T1C、HH of T1C 。

该示意图用于展示如何基于多模态MR影像对GBM肿瘤进行异质性子区域划分及影像处理的过程 。


三、基于K - means的瘤内异质分割模式

  1. 针对多个患者的肿瘤影像(图中左侧多个带红圈的图像),分别将其四种模态像素强度值量化为像素矩阵(如像素矩阵1、2 直至n)。
  2. 将所有患者像素点整合形成超级像素矩阵。
  3. 运用K - means算法对超级像素矩阵进行聚类,得到不同的聚类簇(类别1、类别2、类别3)。
  4. 最后通过映射,将聚类结果对应到不同的肿瘤子区域(R1、R2、R3)。该模式用于对肿瘤内部的异质性进行分割分析。

四、传统方法和本项目方法在处理医学影像方面的差异

  • 传统框架:先对影像进行分类(Classification),得到一个结果(result),之后再进行可视化解释(Visual explanation),是分步进行的。
  • 本文框架:将影像划分子区域(subregions),在处理过程中同时生成可视化解释(visual explanation)和分类结果(result) ,实现了两者的同步进行。右侧的一系列脑部影像展示了从低级(Low level)到高级(High level)的处理结果,可能用于体现不同方法的效果差异。

结束语

本期推文的内容就到这里啦,如果需要获取医学AI领域的最新发展动态,请关注小罗的推送!如需进一步深入研究,获取相关资料,欢迎加入我的知识星球!

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