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Enregistrement W4385341337 · doi:10.1007/s10278-023-00886-x

An Explainable MRI-Radiomic Quantum Neural Network to Differentiate Between Large Brain Metastases and High-Grade Glioma Using Quantum Annealing for Feature Selection

2023· article· en· W4385341337 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.

Notice bibliographique

RevueJournal of Digital Imaging · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiomics and Machine Learning in Medical Imaging
Établissements canadiensCégep de Lévis
Organismes subventionnairesSaint Joseph University
Mots-clésFeature selectionGliomaFeature (linguistics)Artificial neural networkComputer scienceQuantum annealingSimulated annealingQuantumMagnetic resonance imagingArtificial intelligencePattern recognition (psychology)MedicineRadiologyPhysicsMachine learningCancer researchQuantum computerQuantum mechanics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Solitary large brain metastases (LBM) and high-grade gliomas (HGG) are sometimes hard to differentiate on MRI. The management differs significantly between these two entities, and non-invasive methods that help differentiate between them are eagerly needed to avoid potentially morbid biopsies and surgical procedures. We explore herein the performance and interpretability of an MRI-radiomics variational quantum neural network (QNN) using a quantum-annealing mutual-information (MI) feature selection approach. We retrospectively included 423 patients with HGG and LBM (> 2 cm) who had a contrast-enhanced T1-weighted (CE-T1) MRI between 2012 and 2019. After exclusion, 72 HGG and 129 LBM were kept. Tumors were manually segmented, and a 5-mm peri-tumoral ring was created. MRI images were pre-processed, and 1813 radiomic features were extracted. A set of best features based on MI was selected. MI and conditional-MI were embedded into a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) formulation that was mapped to an Ising-model and submitted to D'Wave's quantum annealer to solve for the best combination of 10 features. The 10 selected features were embedded into a 2-qubits QNN using PennyLane library. The model was evaluated for balanced-accuracy (bACC) and area under the receiver operating characteristic curve (ROC-AUC) on the test set. The model performance was benchmarked against two classical models: dense neural networks (DNN) and extreme gradient boosting (XGB). Shapley values were calculated to interpret sample-wise predictions on the test set. The best 10-feature combination included 6 tumor and 4 ring features. For QNN, DNN, and XGB, respectively, training ROC-AUC was 0.86, 0.95, and 0.94; test ROC-AUC was 0.76, 0.75, and 0.79; and test bACC was 0.74, 0.73, and 0.72. The two most influential features were tumor Laplacian-of-Gaussian-GLRLM-Entropy and sphericity. We developed an accurate interpretable QNN model with quantum-informed feature selection to differentiate between LBM and HGG on CE-T1 brain MRI. The model performance is comparable to state-of-the-art classical models.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,877
Score d'incertitude au seuil0,938

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,021
Tête enseignante GPT0,324
Écart entre enseignants0,303 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle