基于全卷积网络的宫颈癌近距离放疗三维剂量分布预测研究

作     者：向艺达 

作者单位：南华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周剑良;单国平

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 1002[医学-临床医学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 100214[医学-肿瘤学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 10[医学] 

主      题：全卷积网络 三维剂量分布预测 近距离治疗 宫颈癌 

摘      要：目前已报道的宫颈癌近距离放疗剂量预测研究均是对剂量体积直方图(dose-volume histogram,DVH)上的相关剂量学指标进行预测,并不能提供三维剂量分布。而同一种DVH曲线在人体内可能对应多种不同的剂量分布,不同的剂量分布所产生的放射生物学效应也有所不同。针对以上问题,本研究基于全卷积网络U-Net构建剂量预测模型,预测宫颈癌近距离放疗的靶区及危及器官三维剂量分布,并评估其预测精度。本研究选取了100例宫颈癌腔内结合组织间插植的病例作为整个研究的数据集,并将其划分为训练集(72)、验证集(8)、测试集(20)三个数据集;在每个病例的计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)影像上勾画出宫腔管及插植针的轮廓,根据是否包含宫腔管及插植针的结构将感兴趣区域(region of interest,ROI)影像分为两类,然后将这两类ROI影像和剂量分布经预处理转化成3个三维矩阵作为模型的输入;利用全卷积网络U-Net建立预测模型,针对两类ROI分别训练两个剂量预测模型;最后用两种训练好的模型分别对20例测试集病例进行剂量预测,对预测结果进行对比分析。模型的性能通过(?)、(?)以及平均绝对离差共同评估。包含宫腔管及插植针的模型与未包含宫腔管及插值针的模型相比,直肠的(?)上升了(16.83±1.82)cGy(P0.05);高危靶区、直肠、乙状结肠、小肠、膀胱的平均绝对离差分别上升了(11.96±3.78)cGy、(11.43±0.54)cGy、(24.08±1.65)cGy、(17.04±7.17)cGy、(9.52±4.35)cGy(P0.05);中危靶区的平均绝对离差下降了(120.85±29.78)cGy(P0.05),全部感兴趣区域的平均绝对离差的均值下降了(7.8±53)cGy(P0.05),更接近实际计划。利用全卷积网络U-Net可以实现宫颈癌患者近距离放疗的三维剂量分布预测。将宫腔管与插植针作为输入参数,比单一使用感兴趣区域结构作为输入能得到更准确的预测结果。