以低成本算法为基础的高光谱成像系统的开发和性能验证,用于放射性皮炎的评估
Shicheng Hao1, Ying Xiong1, Sisi Guo1
1Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China.
Biomedical optics express
|October 4, 2023
概括
一个新的低成本的高光谱成像系统准确地评估放射性皮炎,放射治疗的常见副作用. 该系统使用算法和蒙特卡洛模拟来提供客观的分级,以改善患者管理.
科学领域:
- 医疗成像医学成像
- 生物光子学 生物光子学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 放射治疗 (RT) 是癌症治疗的基石.
- 放射性皮肤炎是一种严重的皮肤反应,影响了95%的患者,需要准确的分级来及时管理.
- 目前的放射性皮炎评估工具缺乏客观性和可靠性.
研究的目的:
- 开发和验证基于算法的低成本超谱成像 (aHSI) 系统,用于放射性皮炎的评估.
- 为了实现放射性皮肤炎的客观和可靠的分类.
- 探索aHSI在量化与皮肤变化相关的生理参数方面的潜力.
主要方法:
- 开发使用LED和CMOS摄像头的低成本多光谱成像 (MSI) 系统.
- 通过蒙特卡洛 (MC) 模拟,获取多频谱和衍生基于算法的超频谱 (1纳米分辨率).
- 在志愿者中测量人工诱导的红血,并通过MC模拟推导皮肤生理参数 (BVF,氧和).
- 使用1D卷积神经网络 (CNN) 在衍生的超光谱上进行放射性皮肤炎的分类.
主要成果:
- aHSI系统实现了1纳米的光谱分辨率.
- 通过MC模拟,成功地获得了血液体积分数 (BVF) 和氧和,显示了红血瘤显著增加 (P < 0.001).
- 1D-CNN模型在放射性皮肤炎分级方面实现了93.1%的整体分类准确度.
结论:
- 开发的低成本aHSI系统在评估放射性皮肤炎方面表现出高准确性.
- 该系统显示了客观和可靠的放射性皮炎分级的巨大潜力,有助于临床管理.
- 这项技术通过监测RT副作用,为改善癌症患者护理提供了具有成本效益的解决方案.
