Performance comparison of modified ComBat for harmonization of radiomic features for multicenter studies
Notice bibliographique
Résumé
Multicenter studies are needed to demonstrate the clinical potential value of radiomics as a prognostic tool. However, variability in scanner models, acquisition protocols and reconstruction settings are unavoidable and radiomic features are notoriously sensitive to these factors, which hinders pooling them in a statistical analysis. A statistical harmonization method called ComBat was developed to deal with the "batch effect" in gene expression microarray data and was used in radiomics studies to deal with the "center-effect". Our goal was to evaluate modifications in ComBat allowing for more flexibility in choosing a reference and improving robustness of the estimation. Two modified ComBat versions were evaluated: M-ComBat allows to transform all features distributions to a chosen reference, instead of the overall mean, providing more flexibility. B-ComBat adds bootstrap and Monte Carlo for improved robustness in the estimation. BM-ComBat combines both modifications. The four versions were compared regarding their ability to harmonize features in a multicenter context in two different clinical datasets. The first contains 119 locally advanced cervical cancer patients from 3 centers, with magnetic resonance imaging and positron emission tomography imaging. In that case ComBat was applied with 3 labels corresponding to each center. The second one contains 98 locally advanced laryngeal cancer patients from 5 centers with contrast-enhanced computed tomography. In that specific case, because imaging settings were highly heterogeneous even within each of the five centers, unsupervised clustering was used to determine two labels for applying ComBat. The impact of each harmonization was evaluated through three different machine learning pipelines for the modelling step in predicting the clinical outcomes, across two performance metrics (balanced accuracy and Matthews correlation coefficient). Before harmonization, almost all radiomic features had significantly different distributions between labels. These differences were successfully removed with all ComBat versions. The predictive ability of the radiomic models was always improved with harmonization and the improved ComBat provided the best results. This was observed consistently in both datasets, through all machine learning pipelines and performance metrics. The proposed modifications allow for more flexibility and robustness in the estimation. They also slightly but consistently improve the predictive power of resulting radiomic models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,016 | 0,045 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».