Understanding the impact of radiotherapy fractionation on overall survival in a large head and neck squamous cell carcinoma dataset: a comprehensive approach combining mechanistic and machine learning models
Notice bibliographique
Résumé
Introduction Treating head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC), especially human papillomavirus negative (HPV-) and locally advanced cases, remains difficult. Our previous analyses of radiotherapy-only HNSCC clinical trials data using mechanistically-motivated models of tumor repopulation and killing by radiotherapy predicted that hyperfractionation with twice-daily fractions, or hypofractionation involving increased doses/fraction and reduced treatment durations, both improve tumor control and reduce late normal tissue toxicity, compared with standard protocols using 35×2 Gy. Here we further investigated the validity of these conclusions by analyzing a large modern dataset on 3,346 HNSCC radiotherapy patients from the University Health Network in Toronto, Canada, where 42.5% of patients were also treated with chemotherapy. Methods We used a two-step approach that combines mechanistic modeling concepts with state-of-the-art machine learning, beginning with Random Survival Forests (RSF) for an exploratory analysis and followed by Causal Survival Forests (CSF) for a focused causal analysis. The mechanistic concept of biologically effective dose (BED) was implemented for the standard dose-independent (DI) tumor repopulation model, our alternative dose-dependent (DD) repopulation model, and a simple model with no repopulation (BEDsimp). These BED variants were included in the RSF model, along with age, stage, HPV status and other relevant variables, to predict patient overall survival (OS) and cause-specific mortality (deaths from the index cancer, other cancers or other causes). Results Model interpretation using Shapley Additive Explanations (SHAP) values and correlation matrices showed that high values of BEDDD or BEDDI, but not BEDsimp, were associated with decreased patient mortality. Targeted causal inference analyses were then performed using CSF to estimate the causal effect of each BED variant on OS. They revealed that high BEDDD (>61.8 Gy) or BEDDI (>57.6 Gy), but not BEDsimp, increased patient restricted mean survival time (RMST) by 0.5-1.0 years and increased survival probability (SP) by 5-15% several years after treatment. In addition to population-level averages, CSF generated individual-level causal effect estimates for each patient, facilitating personalized medicine. Discussion These findings are generally consistent with those of our previous mechanistic modeling, implying the potential benefits of altered radiotherapy fractionation schemes (e.g. 25×2.4 Gy, 20×2.75 Gy, 18×3.0 Gy) which increase BEDDD and BEDDI and counteract tumor repopulation more effectively than standard fractionation. Such regimens may represent potentially useful hypofractionated options for treating HNSCC.
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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 | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
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 ».