加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員開發(fā)了一種人工智能工具，可顯著縮短宮頸癌近距離放射治療的規(guī)劃時間。近距離放射治療（Brachytherapy）是一種有效的內(nèi)部放療形式，但通常需要大量人工操作。

這一系統(tǒng)在近期發(fā)表于《近距離放射治療》雜志的一篇論文中有所描述，它將深度學(xué)習(xí)模型直接集成到商業(yè)治療規(guī)劃系統(tǒng)中，臨床醫(yī)生只需點擊一下即可生成定制化治療方案。該方法是在圣地亞哥超級計算機(jī)中心（SDSC）的Voyager超級計算機(jī)上開發(fā)的，并得到了美國國家科學(xué)基金會（NSF）NAIRR試點項目的支持。

研究人員表示，獲取共享的美國國家網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對于模型的訓(xùn)練、測試以及將其集成到臨床可用工作流程中至關(guān)重要。SDSC的Voyager是一臺由NSF資助的超級計算機(jī)，配備了針對人工智能應(yīng)用優(yōu)化的英特爾Habana Gaudi處理器。

加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)與應(yīng)用科學(xué)系的人工智能研究員Lance Moore在SDSC的一篇文章中表示："我們利用SDSC的Voyager系統(tǒng)上的NAIRR試點配額開發(fā)了這款新工具，并將其集成到廣泛使用的醫(yī)療軟件平臺中，使臨床醫(yī)生能夠輕松使用。這款新工具利用人工智能自動化并加速治療規(guī)劃，只需點擊一下，系統(tǒng)就能分析患者的醫(yī)學(xué)影像，并在不到四分鐘的時間內(nèi)生成高質(zhì)量的定制化方案——這可能會減少患者的不適和人為錯誤的風(fēng)險。"

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，全球每年約有60萬名女性罹患宮頸癌，估計導(dǎo)致34萬人死亡。近距離放射治療是許多患者的標(biāo)準(zhǔn)治療選擇，但治療規(guī)劃復(fù)雜且耗時，通常需要一個小時或更長時間，并且需要臨床醫(yī)生具備豐富的專業(yè)知識。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的團(tuán)隊旨在通過自動化治療規(guī)劃中最耗時的步驟，同時保持臨床準(zhǔn)確性，來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。他們的系統(tǒng)將深度學(xué)習(xí)劑量預(yù)測模型與優(yōu)化流程相結(jié)合，將預(yù)測的劑量分布轉(zhuǎn)換為可實施的治療方案。與之前需要手動導(dǎo)出和重新導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的研究工作流程不同，新工具完全在BrachyVision治療規(guī)劃系統(tǒng)內(nèi)運行，使用API接口。

該工具的核心是一個3D多級網(wǎng)絡(luò)的U-Net模型，該模型使用了加州大學(xué)圣地亞哥分校的1800多個歷史宮頸癌近距離放射治療計劃進(jìn)行訓(xùn)練。該模型根據(jù)CT影像、解剖輪廓以及體內(nèi)近距離放射治療施源器的物理布局，預(yù)測患者特定的放射劑量分布。然后，通過優(yōu)化步驟確定駐留時間，即放射源在每個位置停留的時間，以緊密匹配預(yù)測劑量。

在針對涵蓋七種不同施源器設(shè)計的28例宮頸癌病例進(jìn)行的測試中，自動化系統(tǒng)生成的治療方案與臨床實踐中使用的方案非常接近。平均而言，AI生成的放射劑量圖與臨床實施的方案在3D治療區(qū)域內(nèi)的差異不到4%，并且生成方案的時間約為三分半鐘。更復(fù)雜的病例處理時間較長，但規(guī)劃時間仍遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)的手動工作流程。

研究人員認(rèn)為，通過減少規(guī)劃時間和變異性，基于AI的自動規(guī)劃有助于標(biāo)準(zhǔn)化治療，尤其是在資源有限或?qū)I(yè)人員較少的診所。不過，他們強調(diào)，臨床醫(yī)生在實施治療前應(yīng)審查和調(diào)整這些自動化方案。

未來的工作將側(cè)重于在實際臨床環(huán)境中測試該工具，確保其在不同醫(yī)院都能可靠運行，并將該方法應(yīng)用于其他癌癥類型，包括乳腺癌和前列腺癌。目前，這項工作代表著借助Voyager等大規(guī)模計算基礎(chǔ)設(shè)施，將放射腫瘤學(xué)中的AI研究轉(zhuǎn)化為實用工具的又一步進(jìn)展。

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