• Korean Journal of Radiology
• /
• 제22권3호
• /
• pp.476-488
• /
• 2021

Objective: We aimed to develop a deep neural network for segmenting lung parenchyma with extensive pathological conditions on non-contrast chest computed tomography (CT) images. Materials and Methods: Thin-section non-contrast chest CT images from 203 patients (115 males, 88 females; age range, 31-89 years) between January 2017 and May 2017 were included in the study, of which 150 cases had extensive lung parenchymal disease involving more than 40% of the parenchymal area. Parenchymal diseases included interstitial lung disease (ILD), emphysema, nontuberculous mycobacterial lung disease, tuberculous destroyed lung, pneumonia, lung cancer, and other diseases. Five experienced radiologists manually drew the margin of the lungs, slice by slice, on CT images. The dataset used to develop the network consisted of 157 cases for training, 20 cases for development, and 26 cases for internal validation. Two-dimensional (2D) U-Net and three-dimensional (3D) U-Net models were used for the task. The network was trained to segment the lung parenchyma as a whole and segment the right and left lung separately. The University Hospitals of Geneva ILD dataset, which contained high-resolution CT images of ILD, was used for external validation. Results: The Dice similarity coefficients for internal validation were 99.6 ± 0.3% (2D U-Net whole lung model), 99.5 ± 0.3% (2D U-Net separate lung model), 99.4 ± 0.5% (3D U-Net whole lung model), and 99.4 ± 0.5% (3D U-Net separate lung model). The Dice similarity coefficients for the external validation dataset were 98.4 ± 1.0% (2D U-Net whole lung model) and 98.4 ± 1.0% (2D U-Net separate lung model). In 31 cases, where the extent of ILD was larger than 75% of the lung parenchymal area, the Dice similarity coefficients were 97.9 ± 1.3% (2D U-Net whole lung model) and 98.0 ± 1.2% (2D U-Net separate lung model). Conclusion: The deep neural network achieved excellent performance in automatically delineating the boundaries of lung parenchyma with extensive pathological conditions on non-contrast chest CT images.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제28권4호
• /
• pp.238-248
• /
• 2010

목적: 폐암환자의 종양추적 정위방사선치료에서 삼차원 및 사차원치료계획의 선량분포 차이를 비교하였고 선량계산 알고리즘에 따른 폐의 비균질성 보정 결과에 커다란 차이가 있음을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 7명의 폐암환자를 대상으로 전향적 호흡동조된 사차원 컴퓨터단층촬영 영상을 얻었다. 획득한 영상은 환자의 호흡에 대응하는 10개의 삼차원단층촬영 영상이며 이를 바탕으로 사차원치료계획이 수립되었다. 사차원 치료계획에서는 종양과 주변장기의 움직임을 고려하여 X선의 방향과 선량분포를 최적화한다. 사차원치료계획에서 최적화된 빔을 호흡의 50% 위상에 해당하는 한 개의 삼차원단층촬영 영상에 동일하게 적용하여 삼차원치료계획을 만들었다. 삼차원 및 사차원 치료계획에서 선량계산을 위하여 각각 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘을 사용하였다. 수립된 4개의 치료계획에서 처방선량의 종양체적 포함률 종양체적의 95%를 포함하는 선량인 D95, 종양의 최대선량, 그리고 척수의 최대선량을 비교하였고 종양의 위치에 대한 연관성도 함께 고찰하였다. 결론: 몬테칼로 알고리즘을 사용한 삼차원 및 사차원 치료계획에서 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 종양 포함률이 평균 4.4% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 4.6% 낮았다 또한 D95도 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 평균 4.8% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 1.7% 낮았다. 척수의 최대선량에 대한 비교에서도 종양과 유사한 경향이 나타났다. 치료계획의 차원과 무관하게 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘 사이의 선량계산 차이는 평균 30% 정도로 몬테칼로 알고리즘을 사용하였을 때 처방선량이 포함하는 종양의 부피는 크게 줄어들었다. 결론: 폐 종양의 삼차원 및 사차원 치료계획 사이의 차이를 종양과 척수의 선량분포를 통해 비교하였다. 두 치료계획 사이에서 planning target volume (PTV) 포함률이나 D95와 같이 종양과 관련된 선량학적 인자들의 차이 또는 척수의 최대선량 차이는 종양의 이동크기와 형태변화의 정도에 밀접하게 연관되어 있는 것으로 나타났다. 또한, 치료계획의 차원과 무관하게 몬테칼로 알고리즘을 사용하면 처방선량이 포함하는 PTV 포함률이나 D95가 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제44권5호
• /
• pp.303-314
• /
• 2023

This study aimed to assess the practical feasibility of advanced deformable image registration (DIR) algorithms in radiotherapy by employing two distinct datasets. The first dataset included 14 4D lung CT scans and 31 head and neck CT scans. In the 4D lung CT dataset, we employed the DIR algorithm to register organs at risk and tumors based on respiratory phases. The second dataset comprised pre-, mid-, and post-treatment CT images of the head and neck region, along with organ at risk and tumor delineations. These images underwent registration using the DIR algorithm, and Dice similarity coefficients (DSCs) were compared. In the 4D lung CT dataset, registration accuracy was evaluated for the spinal cord, lung, lung nodules, esophagus, and tumors. The average DSCs for the non-learning-based SyN and NiftyReg algorithms were 0.92±0.07 and 0.88±0.09, respectively. Deep learning methods, namely Voxelmorph, Cyclemorph, and Transmorph, achieved average DSCs of 0.90±0.07, 0.91±0.04, and 0.89±0.05, respectively. For the head and neck CT dataset, the average DSCs for SyN and NiftyReg were 0.82±0.04 and 0.79±0.05, respectively, while Voxelmorph, Cyclemorph, and Transmorph showed average DSCs of 0.80±0.08, 0.78±0.11, and 0.78±0.09, respectively. Additionally, the deep learning DIR algorithms demonstrated faster transformation times compared to other models, including commercial and conventional mathematical algorithms (Voxelmorph: 0.36 sec/images, Cyclemorph: 0.3 sec/images, Transmorph: 5.1 sec/images, SyN: 140 sec/images, NiftyReg: 40.2 sec/images). In conclusion, this study highlights the varying clinical applicability of deep learning-based DIR methods in different anatomical regions. While challenges were encountered in head and neck CT registrations, 4D lung CT registrations exhibited favorable results, indicating the potential for clinical implementation. Further research and development in DIR algorithms tailored to specific anatomical regions are warranted to improve the overall clinical utility of these methods.

• Nutrition Research and Practice
• /
• 제17권6호
• /
• pp.1070-1083
• /
• 2023

BACKGROUND/OBJECTIVES: Sanghuangporus sanghuang (SS) has various medicinal effects, including anti-inflammation and anticancer activities. Despite the extensive research on SS, its molecular mechanisms of action on lung cancer are unclear. This study examined the impact of an SS alcohol extract (SAE) on lung cancer using in vitro and in vivo models. MATERIALS/METHODS: Different concentrations of SAE were used to culture lung cancer cells (A549 and H1650). A cell counting kit-8 assay was used to detect the survival ability of A549 and H1650 cells. A scratch assay and transwell cell invasion assay were used to detect the migration rate and invasive ability of SAE. Western blot analysis was used to detect the expression of B-cell lymphoma-2 (Bcl-2), Bcl2-associated X (Bax), cyclin D1, cyclin-dependent kinases 4 (CDK4), signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), and phosphorylated STAT3 (p-STAT3). Lung cancer xenograft mice were used to detect the inhibiting ability of SAE in vivo. Hematoxylin and eosin staining and immunohistochemistry were used to detect the effect of SAE on the structural changes to the tumor and the expression of Bcl-2, Bax, cyclin D1, CDK4, STAT3, and p-STAT3 in lung cancer xenograft mice. RESULTS: SAE could inhibit lung cancer proliferation significantly in vitro and in vivo without cytotoxicity. SAE suppressed the viability, migration, and invasion of lung cancer cells in a dose and time-dependent manner. The SAE treatment significantly decreased the proapoptotic Bcl-2/Bax ratio and the expression of pro-proliferative proteins Cyclin D1 and CDK4 in vitro and in vivo. Furthermore, SAE also inhibited STAT3 expression. CONCLUSIONS: SAE reduced the cell viability and suppressed cell migration and invasion in human lung cancer cells. Moreover, SAE also exhibited anti-proliferation effects in vivo. Therefore, SAE may have benefits in cancer therapy.

• Biomolecules & Therapeutics
• /
• 제32권1호
• /
• pp.162-169
• /
• 2024

Particulate matter (PM) constitutes a hazardous blend of organic and inorganic particles that poses health risks. Inhalation of fine airborne PM with a diameter of ≤ 2.5 ㎛ (PM_2.5) can lead to significant lung impairments. (+)-afzelechin (AZC), a natural compound sourced from Bergenia ligulata, boasts a range of attributes, including antioxidant, antimicrobial, anticancer, and cardiovascular effects. However, knowledge about the therapeutic potential of AZC for patients with PM_2.5-induced lung injuries remains limited. Thus, in this study, we investigated the protective attributes of AZC against lung damage caused by PM_2.5 exposure. AZC was administered to the mice 30 min after intratracheal instillation of PM_2.5. Various parameters, such as changes in lung tissue wet/dry (W/D) weight ratio, total protein/total cell ratio, lymphocyte counts, levels of inflammatory cytokines in bronchoalveolar lavage fluid (BALF), vascular permeability, and histology, were evaluated in mice exposed to PM_2.5. Data demonstrated that AZC mitigated lung damage, reduced W/D weight ratio, and curbed hyperpermeability induced by PM_2.5 exposure. Furthermore, AZC effectively lowered plasma levels of inflammatory cytokines produced by PM_2.5 exposure. It reduced the total protein concentration in BALF and successfully alleviated PM_2.5-induced lymphocytosis. Additionally, AZC substantially diminished the expression levels of Toll-like receptors 4 (TLR4), MyD88, and autophagy-related proteins LC3 II and Beclin 1. In contrast, it elevated the protein phosphorylation of the mammalian target of rapamycin (mTOR). Consequently, the anti-inflammatory attribute of AZC positions it as a promising therapeutic agent for mitigating PM_2.5-induced lung injuries by modulating the TLR4-MyD88 and mTOR-autophagy pathways.

• 대한방사선치료학회:학술대회논문집
• /
• 대한방사선치료학회 2005년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.13-17
• /
• 2005

Lung cancer 환자 중 호흡에 의한 종양의 움직임이 큰 lung lower lobe에서 stetreotactic radiosurgery(SRS)시 호흡 주기 중 종양의 움직임이 적은 호흡 주기에서만 방사선을 조사하기 위해 respiratory gating system을 사용함으로써 그 유용성에 대하여 알아보고자 한다. lung lower lobe의 SRS 환자 2명을 대강으로 하였으며, 환자의 복부에 maker block(sensor)을 부착하고 tracking camera와 real time position management(RPM)를 이용하여 호흡 주기를 측정하면서 1회 호흡주기에서 10 phases의 4D-CT를 촬영 하였다. 종양의 위치 변화가 급격하지 않은 percent($\%$)의 phases를 치료 phases로 결정하였고, 치료 phases의 CT image를 maximum intensity projection(MIP) 기법으로 재구성 후 volume contouring을 하였다. set up 의 재현성 및 GTV의 위치 변화를 확인하기 위해 치료 전과 치료 중 2회의 4D-CT 촬영을 하였다. GTV의 움직임이 가장 큰 Y(longitudinal)축에서 A환자 full($0\%\~90\%$) phases의 9.4mm가 치료 ($30\%\~60\%$) phases 에서는 2.6mm로, B환자 full($0\%\~90\%$) phases의 11.7mm가 치료($30\%\~70\%$) phases 에서는 2.3mm로 줄었다. 2회의 4D-CT 비교 결과 Set up의 X, Y, Z축 오차는 모두 3mm 이내였다. 호흡에 의한 종양의 움직임이 큰 lung lower lobe에서 SRS 시행 시 respiratory gating system의 사용은 종양의 움직임을 5mm 이내로 감소시킬 수 있어 유용하였다.

• 대한방사선치료학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.57-64
• /
• 2016

목 적 : 폐암 환자의 CBCT와 4D-CBCT를 이용한 영상촬영 시 인접 장기에 미치는 방사선량을 비교 평가해 보고자 한다. 대상 및 방법 : 본 실험을 진행하기 위해 인체모형팬텀(Anderson Rando Phantom, USA)을 이용하였고, 선량측정 위치는 주요 장기가 위치하는 단면에 광유도발광선량계(Opitcally Stimulated Luminescent Dosimeter, OSLD) 1~6개를 부착하였다. 인체내부의 주요 장기를 표현하기 위해 전산화단층촬영(Lightspeed GE, USA)을 하였다. 선형가속기(CL-IX)와 선형가속기(Truebeam 2.5) thorax 모드에서 인체모형팬텀 폐 하부 기준으로 CBCT 방사선량을 측정하였고, 추가적으로 선형가속기(Truebeam 2.5) thorax 모드에서 4D-CBCT 방사선량을 측정하여 기존 CBCT와 비교 하였다. 각각 3회 반복 측정하여 평균값을 얻었다. 결 과 : CBCT로 촬영한 평균 흡수선량 측정치는 CL-IX의 경우 폐 2.505 cGy, 심장 2.595 cGy, 간 2.156 cGy, 위 1.934 cGy, 피부에 2.233 cGy 이었으며, Truebeam의 경우 폐 1.725 cGy, 심장 2.034 cGy, 간 1.616 cGy, 위 1.470 cGy, 피부에 1.445 cGy 이었다. 4D-CBCT 촬영 시 폐 3.849 cGy, 심장 4.578 cGy, 간 3.497 cGy, 위 3.179 cGy, 피부에3.319 cGy 이었다. 조직 가중치와 방사선 가중치를 고려한 평균 유효선량 값은 CBCT의 경우 CL-IX에서 폐 2.164 mSv, 심장 2.241 mSv, 간 0.136 mSv, 위 1.668 mSv, 피부 0.009 mSv 이었고 Truebeam의 경우 폐 1.725 mSv, 심장 1.757 mSv, 간 0.102 mSv, 위 1.270 mSv, 피부에 0.005 mSv 이었다. 4D-CBCT에서는 폐 3.326 mSv, 심장 3.952 mSv, 간 0.223 mSv, 위 2.747 mSv, 피부에 0.013 mSv 이었다. 결 론 : 폐암 환자의 CBCT 촬영 시 Truebeam보다 CL-IX 장비에서 받는 선량이 1.3배 정도 더 높게 나왔으며, Truebeam 장비에서 CBCT 보다 4D-CBCT에서 환자가 받는 선량이 2.2배 정도 높게 나왔다. 하지만 4D-CBCT는 환자의 움직임이 큰 경우나 호흡동조 영상유도방사선치료 시 좀 더 정확한 방사선 치료를 할 수 있어 선택적으로 사용하는 것이 타당 할 것이다.

• Biomolecules & Therapeutics
• /
• 제24권1호
• /
• pp.67-74
• /
• 2016

In order to find potential therapeutic agents on lung inflammatory conditions, the extracts of Acanthopanax divaricatus var. albeofructus were prepared and its constituents were isolated. They include lignans such as (+)-syringaresinol (1), acanthoside B (2), salvadoraside (3) and acanthoside D (4), lariciresinol-9-O-${\beta}$-D-glucopyranoside (5) and phenylpropanoids such as 4-[(1E)-3-methoxy-1-propenyl]phenol (6), coniferin (7), and methyl caffeate (8). The extracts and several constituents such as compound 1, 6 and 8 inhibited the production of inflammatory markers, IL-6 and nitric oxide, from IL-$1{\beta}$-treated lung epithelial cells and lipopolysaccharide (LPS)-treated alveolar macrophages. Furthermore, the extracts and compound 4 significantly inhibited lung inflammation in lipolysaccharide-treated acute lung injury in mice by oral administration. Thus it is suggested that A. divaricatus var. albeofructus and its several constituents may be effective against lung inflammation.

• 정보과학회 논문지
• /
• 제43권3호
• /
• pp.353-361
• /
• 2016

폐암 환자의 영상유도 방사선 치료의 경우 환자의 호흡 및 심장박동에 따라 종양의 움직임이 변화할 수 있으므로 치료 시 종양의 움직임을 추적하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 치료계획용 4D MDCT 영상과 치료 시 획득한 4D CBCT 영상의 3차원 영상 정보를 기반으로 종양 움직임을 추적하는 방법을 제안한다. 첫째, 효율적으로 치료 시 종양의 움직임을 추적하기 위해 치료계획용 4D MDCT 영상에서 획득한 종양 움직임 모델을 통해 종양의 전역적 움직임을 예측한다. 둘째, 종양 움직임 추적의 정확성을 높이기 위해 4D CBCT 영상에서 종양 주변의 구조적 정보를 이용해 세부적 움직임을 보정하여 종양의 지역적 움직임을 예측한다. 제안방법의 성능 평가를 위해 디지털 팬텀을 이용해 실험한 결과, 지역적 움직임을 고려했을 때 전역적 움직임만 보정한 경우보다 종양 위치화 오류가 45% 감소하였다.

• 대한방사선치료학회지
• /
• 제33권
• /
• pp.71-78
• /
• 2021

목 적: 폐암과 간암 환자에 대해 압력 기반 복부압박장치를 적용하여 입체적 세기변조 회전 방사선치료(VMAT)를 시행하였을 때의 치료 간(interfraction) 위치 재현성과 호흡 재현성을 평가함으로써 그 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 압력 기반 복부압박장치를 사용해 입체적 세기변조 회전 방사선치료를 받은 6명의 폐암 환자와 3명의 간암 환자를 대상으로 하였다. 치료 간 위치 재현성 평가를 위해 모의치료 CT 영상과 매일 획득한 CBCT 영상 174건을 비교하여 이미지 정합의 이동 값을 비교, 분석하였다. 치료 간 호흡 재현성 평가를 위해 모의치료 4DCT 영상과 매주 획득한 4D CBCT 영상 54건을 비교하여 호흡량 오차를 구하였다. 결 과: 수평수직 세 방향의 3D 벡터값인 전체 위치변화(Overall position variation, Overall VP)값은 폐와 간에서 각각 평균 1.1 ± 1.4 mm, 4.5 ± 2.8 mm로 나타났다. 호흡 변화(respiratory variation, Vr)값은 폐에서 평균 0.7 mm ± 3.4 mm (p=0.195), 간에서 평균 3.6 mm ± 2.6 mm (p<0.05)로 나타났다. 결 론: 흉복부 방사선 치료 시 압력 기반 복부압박장치의 적용은 복부 압박 재현을 통해 치료 간 종양의 호흡 변이뿐만 아니라 위치 변이를 안정적으로 조절하는 데에 유용한 것으로 사료된다. 보다 안정적인 재현성을 위해 치료 계획 시 적절한 PTV 여유가 고려되어야 하고, 매 치료 전 영상 유도에 따른 표적의 위치와 호흡 검증이 필요하다.