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CWI的人工智能推出了临床实践中最佳的放射治疗计划

2020-04-28 16:25          放射诊疗
CWI研究人员与阿姆斯特丹UMC放射肿瘤学部门一起开发了基于人工智能(AI)的软件,该软件可以快速为每位患者提出多种放射治疗计划。该软件对医生而言是一种“路线计划器”:它根据患者的数据提出了多个计划,这些计划代表了在向肿瘤提供足够的辐射剂量而对周围器官的损害尽可能小之间的权衡。这不仅可以帮助医生更快地制定计划,还可以提高计划质量。Amsterdam UMC于2020年3月17日通过新AI提出的计划治疗了第一例患者。该创新技术将用于内部放射治疗前列腺癌。

辐射是最重要的癌症治疗方法之一。对于前列腺癌,近距离放射疗法(一种使用导管的内部放射形式)是非常合适的治疗方法。将多个导管插入患者体内,通过该导管引导放射源。插入导管后,医生会制定治疗计划。对于近距离放射治疗,这是在患者等待较早插入的导管时进行的。一种不舒服的情况,最好持续尽可能的时间。

通常,医生需要花费一些时间为特定患者设计治疗计划。但是,新软件仅需几分钟即可提出全部治疗方案。每个计划都指出放射性源应集中在特定区域多长时间,为了在该点提供特定数量的辐射剂量。重点在于建立一种治疗方法,该方法可以为肿瘤提供所需的放射剂量,同时尽可能多地保留周围的健康组织。

在研发阶段,与放射肿瘤学家团队进行了盲法测试,显示了先前在临床中制定和使用的计划以及针对同一患者的新AI计划。放射肿瘤学家对新AI技术的能力深信不疑:在98%的病例中,他们更喜欢基于AI的计划。

CWI生命科学与健康小组高级研究员兼项目负责人Peter Bosman:“我们的AI形式可以非常快速地执行一系列计划,这代表了在提供足够的辐射剂量而对周围组织的损害尽可能小之间的权衡。这可以立即洞察对特定患者可行的方法。这使医生免于采用复杂的方法来使用需要大量人机交互的现有软件来配置治疗计划。”

放射肿瘤学系临床物理学负责人Arjen Bel说:“阿姆斯特丹联华电子已经在计算机辅助支持领域进行了多年研究,以制定放射治疗计划。”“面临的挑战是要迅速制定高质量的计划。”

阿姆斯特丹UMC放射肿瘤学家Bradley Pieters:“改进的放射治疗计划可以为前列腺癌患者带来更好的结果。额外的时间使我们能够为患者提供量身定制的计划。除此之外,我们现在可以最佳地利用我们的医学知识以及计算机没有的有关患者的其他知识。”

CWI的生命科学与健康小组,阿姆斯特丹UMC所在地的AMC部门的放射肿瘤学部门和向医院提供辐射设备和软件的Elekta公司之间的密切研究合作,使得开发新软件成为可能。该团队决定以其形式为AI(进化算法)的形式开发此问题的软件。这些算法非常适合有效而高效地搜索复杂问题的好的解决方案,尤其是在有多个相互矛盾的目标要实现时。

该团队特别关注了源自Bosman长期研究线的一种进化算法。这些算法显示智能搜索行为。他们具有分析特定问题并随后自学如何为该问题提出更好解决方案的能力。研究小组进行了特殊的调整,以寻找对于前列腺癌的近距离放射治疗方案尽可能好的治疗方案。他们通过让算法使用有关所插入导管中辐射剂量累积的知识来做到这一点。最终,使用该算法可以比使用其他算法获得更好的结果。

开发的AI软件的一大优势是,它可以相对容易地扩展到其他类型的癌症。考虑到成功治疗的良好机会与可能出现的副作用之间的折衷,计算一系列可能的治疗计划是制定多种形式的癌症放射治疗计划所需要的。已经计划了一个后续项目。在荷兰癌症协会(KWF Kankerbestrijding)的资助下,CWI,阿姆斯特丹UMC和Elekta将在新的项目合作伙伴莱顿大学医学中心(LUMC)的领导下,将这项研究扩展到宫颈癌的内部辐射领域。



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