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Enregistrement W4388986111 · doi:10.21037/qims-23-441

Can machine learning models improve early detection of brain metastases using diffusion weighted imaging-based radiomics?

2023· article· en· W4388986111 sur OpenAlexafffund
Joseph Madamesila, Ekaterina Tchistiakova, Salman Faruqi, Subhadip Das, Nicolas Ploquin

Notice bibliographique

RevueQuantitative Imaging in Medicine and Surgery · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueBrain Metastases and Treatment
Établissements canadiensBC Cancer AgencyUniversity of British ColumbiaAlberta Health ServicesUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesAlberta InnovatesBrain Tumour Foundation of CanadaSanofi
Mots-clésMedicineArtificial intelligenceSupport vector machineReceiver operating characteristicDiffusion MRIRadiosurgeryRandom forestComputer scienceData setAdaBoostRadiomicsPattern recognition (psychology)Effective diffusion coefficientRadiologyMagnetic resonance imagingMachine learningRadiation therapy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Metastatic complications are a major cause of cancer-related morbidity, with up to 40% of cancer patients experiencing at least one brain metastasis. Earlier detection may significantly improve patient outcomes and overall survival. We investigated machine learning (ML) models for early detection of brain metastases based on diffusion weighted imaging (DWI) radiomics. Methods: Longitudinal diffusion imaging from 116 patients previously treated with stereotactic radiosurgery (SRS) for brain metastases were retrospectively analyzed. Clinical contours from 600 metastases were extracted from radiosurgery planning computed tomography, and rigidly registered to corresponding contrast enhanced-T1 and apparent diffusion coefficient (ADC) maps. Contralateral contours located in healthy brain tissue were used as control. The dataset consisted of (I) radiomic features using ADC maps, (II) radiomic feature change calculated using timepoints before the metastasis manifested on contrast enhanced-T1, (III) primary cancer, and (IV) anatomical location. The dataset was divided into training and internal validation sets using an 80/20 split with stratification. Four classification algorithms [Linear Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), AdaBoost, and XGBoost] underwent supervised classification training, with contours labeled either 'control' or 'metastasis'. Hyperparameters were optimized towards balanced accuracy. Various model metrics (receiver operating characteristic curve area scores, accuracy, recall, and precision) were calculated to gauge performance. Results: The radiomic and clinical data set, feature engineering, and ML models developed were able to identify metastases with an accuracy of up to 87.7% on the training set, and 85.8% on an unseen test set. XGBoost and RF showed superior accuracy (XGBoost: 0.877±0.021 and 0.833±0.47, RF: 0.823±0.024 and 0.858±0.045) for training and validation sets, respectively. XGBoost and RF also showed strong area under the receiver operating characteristic curve (AUC) performance on the validation set (0.910±0.037 and 0.922±0.034, respectively). AdaBoost performed slightly lower in all metrics. SVM model generalized poorly with the internal validation set. Important features involved changes in radiomics months before manifesting on contrast enhanced-T1. Conclusions: The proposed models using diffusion-based radiomics showed encouraging results in differentiating healthy brain tissue from metastases using clinical imaging data. These findings suggest that longitudinal diffusion imaging and ML may help improve patient care through earlier diagnosis and increased patient monitoring/follow-up. Future work aims to improve model classification metrics, robustness, user-interface, and clinical applicability.

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.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

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)0,002
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 enseignants0,956
Score d'incertitude au seuil0,919

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,001
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 savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
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 Opus0,060
Tête enseignante GPT0,319
Écart entre enseignants0,259 · 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

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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