目的:应用建立的全自动AI牙体分割算法,从CBCT影像中实现牙体的快速自动化分割,以口内扫描真实离体牙获得的三维数据作为金标准,验证算法的准确性.方法:从上海交通大学医学院附属第九人民医院收集30套CBCT数据及相应的59颗离体牙,通过建立的算法,分割出CBCT中的牙体三维数据.将离体牙处理后扫描获得的数字化信息作为金标准.为了比较算法分割结果以及扫描结果之间的差异,选取骰子系数(Dice)、灵敏度(sensitivity,Sen)以及平均表面距离(average symmetric surface distance,ASSD)评价算法的分割准确性.选用组内相关系数(ICC)评价AI系统获得单个牙与数字化离体牙的长度、面积和体积差异.由于存在不同体素大小的CBCT,使用ANOVA单因素方差分析不同体素组间的差异,同时通过SNK法对其进行两两比较.采用SPSS 25.0软件包对数据进行统计学分析.结果:算法分割结果与离体牙扫描结果对比后,得到平均Dice值为(94.7±1.88)％,平均Sen为(95.8±2.02)％,平均ASSD为(0.49±0.12)mm.比较数字化离体牙与AI系统获得的单个牙的长度、面积和体积的组内相关系数ICC值,分别为0.734、0.719和0.885,AI系统分割出的单个牙与数字化模型在评价长度、面积和体积时有着较好的一致性,但分割结果在具体数值上与真实情况仍有差异.CBCT体素越小,即分辨率越高,分割结果表现更好.结论:本研究建立的CBCT牙体分割算法能够准确实现各分辨率下CBCT中全牙列的牙体分割.CBCT分辨率提高,能让算法结果更准确.相比目前的分割算法,本研究的算法性能更好.但与实际情况相比,仍有一定差异,需对算法继续改进及验证.

目的采用基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)及脑白质高信号(white matter hyperintensity,WMH)半定量评估研究高血压患者脑灰白质体积及WMH的变化.材料与方法本试验为前瞻性研究,纳入2019年1月至2022年11月南京大学医学院附属苏州医院高血压确诊病例及健康对照者.入组病例均进行薄层sT1WI序列检查,图像数据导入EKM-KELM+分类算法模型,进行自动解剖标记(anatomical automatic labeling,AAL)脑区分割,计算每个脑区的灰质体积(gray matter volume,GMV)、白质体积(white matter volume,WMV)及全脑体积(total intracranial volume,TIV),每个脑区灰白质体积分别采用灰或白质体积/TIV的比值表示.同时对液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)序列图像中的WMH进行Scheltens视觉定量评估.结果(1)本研究共纳入509例,其中,青年组(20～40岁)136例,中年组(41～60岁)218例,老年组(61～80岁)155例,组内性别、血压级别均无统计学差异(P>0.05);(2)青年组GMV/TIV比较显示,不同高血压级别在左嗅皮质(P=0.031)、左额直回(P=0.036)、右额直回(P=0.022)、右枕下回(P=0.011)差异具有统计学意义;青年组WMV/TIV比较显示,在左侧中央前回(P=0.041)、左侧颞中回(P=0.033)、左侧后扣带回(P=0.001)、右侧后扣带回(P=0.041)、右侧枕下回(P=0.019)差异具有统计学意义;(3)中年组GMV/TIV比较显示,不同高血压级别在左辅助运动区体积差异具有统计学意义(P=0.036),WMV/TIV比较差异均无统计学意义;(4)老年组GMV/TIV比较显示,不同高血压等级在右侧嗅皮质体积差异具有统计学意义(P=0.047),WMV/TIV比较差异均无统计学意义;(5)WMH Scheltens视觉评分显示:青年组差异均无统计学意义(P>0.05);中年组脑室旁WMH(额角、枕角、侧脑室旁)差异具有统计学意义(P=0.028、0.032、0.020),深部白质(额叶)差异具有统计学意义(P=0.024);老年组脑室旁WMH(额角)、深部白质(额叶)及基底节白质区(苍白球)差异具有统计学意义(P=0.022、0.024、0.015).结论MRI多模态半定量分析可以有效评估高血压患者脑体积及WMH变化,青年组随着高血压级别升高脑GMV变化的脑亚区较中老年组变化的脑亚区多;中老年组WMH较青年组更易出现.

目的 探索基于深度学习实现丘脑底核脑深部电刺激术(subthalamic nucleus deep brain stimulation,STN-DBS)自动化核团标注、手术靶点定位及电极植入路径规划.方法 来自北部战区总医院神经外科行双侧STN-DBS手术的155例患者的影像资料.首先,采用3D UX Net卷积神经网络基于MRI图像提取深度学习特征并完成丘脑底核(subthalamic nucleus,STN)及红核(red nuclei,RN)的分割;然后通过算法实现丘脑底核的自动化靶点定位;最后在规定的皮层入路点范围区域内生成不多于4根的电极植入路径.通过人工审查验证靶点及电极植入路径的临床可行性.结果 通过3D UX Net卷积神经网络算法进行核团分割,红核分割性能的Dice值为0.90.STN分割性能的Dice值为0.84.自动化生成STN靶点经人工审查验证可行的坐标与人工手术规划STN靶点坐标的欧几里得距离为(1.2±0.4)mm.25例测试集中自动化STN靶点定位及电极植入路径通过人工审查可行有20例(20/25),自动化靶点定位及电极路径与人工规划靶点及路径差异无统计学意义(P=0.059).结论 3D UX Net卷积神经网络可以较精确地分割STN及红核,通过自动化靶点定位及路径规划的STN-DBS手术计划临床可行且耗时短,可以为临床医生手术前规划提供参考.

目的 青少年特发性脊柱侧弯(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是危害青少年健康的常见疾病之一.临床上,X线图像Cobb角测量法是评估患者脊柱侧凸严重程度的"金标准".由于X线图像中肋骨和骨盆阴影重叠以及椎骨形态差异等因素影响,人工测量在寻找关键点时步骤复杂且耗时长,快速且准确的Cobb角自动测量方法具有重要临床应用价值.现有深度学习方法中基于分割的方法易受图像质量影响;基于关键点检测方法过于关注局部特征提取导致定位不准确等问题.为此,本文提出了一种以椎骨为中心的标志点检测方法,来实现脊柱侧弯Cobb角自动估计算法.方法 构建一种基于融合多尺度和注意力机制M型椎骨检测网络(multi-scale attention M-shaped network,MSAM-Net).首先,使用多尺度金字塔拆分注意力(multi-scale pyramids squeeze attention,MPSA)模块和注意力特征融合(attentional feature fusion,AFF)模块提取椎骨特征和上下文信息,然后,根据椎体中心和角偏移量定位4个角标志点,以在脊柱侧弯评估任务中提高椎骨标志点检测的性能,进而实现近胸段、主胸段和胸腰段曲线的Cobb角估计.结果 为了评估Cobb角估计与真实侧弯角度之间的偏差程度,本研究算法基于AASCE MICCAI 2019挑战赛数据集,使用4种指标对Cobb角精度进行评估,分别是对称平均绝对百分比误差(symmetric mean absolute percentage error,SMAPE)、欧氏距离(Euclidean distance,ED)、曼哈顿距离(Manhattan distance,MD)和切比雪夫距离(Chebyshev distance,CD).测试得到SMAPE为9.39％,ED为4.18;MD为5.92;CD为5.34.与基于分割和检测的5种深度学习方法进行对比,实现更好的Cobb角测量结果.结论 本研究可以准确识别和定位X线图像中椎骨,帮助医生测量AIS患者的Cobb角,为临床AIS诊断、手术计划和脊柱健康分析提供决策支持.

随着人工智能技术的发展,图像分割技术在直肠癌放疗领域有越来越多的研究和应用.新辅助放化疗是局部晚期直肠癌患者的标准治疗策略.对于放疗科医师而言,手动勾画放疗靶区及危及器官是一项非常费时耗力的工作.采用人工智能技术可以构建放疗靶区自动勾画模型,显著提高放疗靶区勾画的效率和鲁棒性.此外,结合影像组学方法,基于计算机断层扫描、磁共振成像等影像图像,提取直肠肿瘤区域的特征可以建立直肠癌新辅助治疗的疗效评估和预测模型,以帮助临床医师制订个体化的治疗方案.其中,分割感兴趣区,并且从中提取影像特征是模型构建的关键步骤.本文基于图像分割在直肠癌放疗领域中的应用展开综述,以探究图像分割对直肠癌放疗的重要性以及未来的研究方向.

术前是否存在淋巴结转移是影响直肠癌临床治疗决策和预后的主要因素之一，但现有的影像学标准难以准确判断淋巴结的良恶性，亟需新的方法来解决这一临床难题。近年来影像组学与深度学习在医学影像领域得到了广泛的关注，可自动检测与分割淋巴结、鉴别良恶性淋巴结及预测淋巴结转移的发生等，有望提高术前分期的准确性，进而指导治疗决策。然而不同的研究间结果差异性较大，其中一个重要的原因是各研究之间工作流程存在差异。只有明确、统一并标准化具体操作流程、开展大规模前瞻性外部验证才能实现人工智能辅助诊断模型的转化与推广。该文中以影像组学和深度学习的工作流程为线索，对其在评价直肠癌淋巴结状态方面的研究进行综述。

目的:建立一种三维定量测量方法用于评估颞下颌关节髁突骨改建。方法:将2014年11月至2019年8月就诊于北京大学口腔医学院·口腔医院颞下颌关节病及口颌面疼痛诊治中心且诊断为颞下颌关节急性不可复性关节盘前移位或关节盘绞锁、采用手法复位关节盘结合前伸再定位 垫治疗的41例患者（共82侧髁突）资料纳入研究，其中男性10例，女性31例，年龄为12~30（19.7±4.4）岁。获取治疗前后6~12个月的锥形束CT图像。根据髁突轴位、矢状位及冠状位影像中“双线征”数目定性评价髁突骨改建，将82侧髁突分为无改建组（0个“双线征”）、部分改建组（1~4个“双线征”）和显著改建组（5~6个“双线征”）3组。应用锥形束CT数据进行髁突骨改建的三维定量测量。采用基于人工预标注结合分水岭算法的半自动分割方法分别对治疗前后的锥形束CT影像进行分割，重建颞下颌关节髁突的表面模型，应用基于距离图的初始配准和基于灰度信息的二次配准，将治疗前后的髁突图像配准重叠后髁突和髁头的体积差定量反映髁突骨改建程度。 结果:二维定性评价的 Kappa值为0.66~0.87。三维定量测量髁突及髁头体积的同一研究者组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）值分别为0.998和0.941，不同研究者组间ICC值分别为0.999和0.942。治疗后髁突和髁头的体积较治疗前增加量分别为（41.7±90.2） mm3和（62.8±70.9） mm3。82侧髁突中无改建组21侧、部分改建组20侧，显著改建组41侧。显著改建组治疗后较治疗前髁突和髁头体积增加量均为最大，部分改建组次之，无改建组最小（ P<0.05）。 结论:三维定量测量评价髁突骨改建程度的方法一致性和可靠性良好，定量变化值可以反映不同程度的髁突骨改建，其中将髁头作为感兴趣区计算的体积变化量更敏感。

目的:评价前列腺癌图像引导放疗时锥形线束CT（CBCT）的使用频率和匹配策略对靶区和危及器官剂量学参数的影响。方法:回顾性分析北京大学第一医院2022年6月—2023年5月收治的21例前列腺癌根治性放疗患者的561套每日CBCT图像，患者均接受中等分割容积弧形调强放疗（VMAT），剂量为70 Gy分25次，2.8 Gy/次。根据不同图像引导方式和频率，校准摆位误差后将计划CT刚性配准到CBCT，CT值和结构通过形变配准算法传播到CBCT，根据形变矢量场将每日剂量映射到计划CT进行剂量累加。将每日在线CBCT验证的实际累积剂量与每周CBCT方案（第1-3、6、11、16、21天CBCT扫描）进行比较。比较基于骨匹配与基于软组织匹配（自动骨匹配后手动前列腺匹配并最终以直肠前壁为主做微调）两种匹配方式的摆位误差及剂量学参数。非正态分布的计划剂量和累积剂量之间的剂量学参数采用Wilcoxon符号秩和检验进行分析，符合正态分布的移床值和平均剂量参数采用配对 t检验进行分析。 结果:与每日CBCT图像引导相比，每周方案的CTV_D 98%［（69.08±1.58）∶（65.24±3.64）Gy， P<0.001］明显减少。采用骨匹配的CTV_D 98%为（69.27±2.14）Gy，但直肠高量较高：V 60 Gy为3.18%±3.10%、V 65 Gy为0.77%±1.23%。采用软组织匹配方案的靶区覆盖率足够，CTV_D 98%为（69.08±1.58）Gy；且直肠高量区剂量的百分体积明显减少，V 60 Gy为2.02%±2.42%，V 65 Gy为0.34%±0.68%。 结论:中等分割前列腺癌放疗，每日CBCT图像引导的靶区覆盖度优于每周方案。自动骨匹配后手动前列腺匹配并最终依据直肠前壁做微调的匹配策略，能在保证靶区覆盖率前提下较好地保护直肠。

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。

目的:比较开放式面罩联合光学表面监测系统(OSMS)引导摆位与闭合式面罩联合激光灯＋面罩标记引导摆位之间的平移和旋转方向误差，评估开放式面罩联合OSMS引导摆位方式在脑转移瘤大分割立体定向放射治疗(HSRT)的应用优势，并计算脑转移瘤患者在不同固定设备与摆位方式下计划靶区体积(PTV)的外放边界。方法:回顾性分析55例脑转移瘤患者HSRT的摆位数据，根据固定设备和摆位引导方式的不同，分为OSMS联合开放式面罩组(A组)、头颈肩封闭式面罩＋发泡胶组(B1组)和头颈肩封闭式面罩＋头枕组(B2组)。A组利用OSMS自动移床功能引导摆位，B1组和B2组利用激光灯＋面罩标记引导摆位。3组均通过锥形束CT(CBCT)骨性配准得到六维方向( x轴、 y轴、 z轴、 x轴旋转、 y轴旋转、 z轴旋转)摆位误差，并根据van Herk公式计算计划靶区的外放边界。 结果:共采集CBCT配准数据288套，其中A组六维方向摆位误差和3D矢量误差均最小，分别为(0.47±0.33)、(0.49±0.31)、(0.44±0.31)mm，(0.42±0.32)°、(0.48±0.31)°、(0.42±0.22)°和(0.90±0.39)mm；除 z轴旋转方向A组与B1组差异无统计学意义外( P>0.05)，其余方向与B1组和B2组比较，差异均有统计学意义( P<0.05)；且A组无平移方向≥2 mm，旋转方向≥2°的摆位误差。B1组 y轴、 z轴、 z轴旋转方向及3D矢量误差均显著小于B2组，且差异有统计学意义( P<0.05)。A组3个方向PTV外放边界分别为1.32、1.19和1.22 mm，均小于另外两组。 结论:脑转移瘤HSRT中，与头颈肩封闭式面罩联合激光灯＋面罩标记引导摆位相比，应用开放式面罩联合OSMS引导摆位，可明显提高六维方向摆位精度，降低重复摆位率，减小PTV外放边界，具有临床应用价值。