A Multimodal MRI-Based Model for Colorectal Liver Metastasis Prediction: Integrating Radiomics, Deep Learning, and Clinical Features with SHAP Interpretation
Notice bibliographique
Résumé
Purpose: Predicting colorectal cancer liver metastasis (CRLM) is essential for prognostic assessment. This study aims to develop and validate an interpretable multimodal machine learning framework based on multiparametric MRI for predicting CRLM, and to enhance the clinical interpretability of the model through SHapley Additive exPlanations (SHAP) analysis and deep learning visualization. Methods: This multicenter retrospective study included 463 patients with pathologically confirmed colorectal cancer from two institutions, divided into training (n = 256), internal testing (n = 111), and external validation (n = 96) sets. Radiomics features were extracted from manually segmented regions on axial T2-weighted imaging (T2WI) and diffusion-weighted imaging (DWI). Deep learning features were obtained from a pretrained ResNet101 network using the same MRI inputs. A least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) logistic regression classifier was developed for clinical, radiomics, deep learning, and combined models. Model performance was evaluated by AUC, sensitivity, specificity, and F1-score. SHAP was used to assess feature contributions, and Grad-CAM was applied to visualize deep feature attention. Results: The combined model integrating features across the three modalities achieved the highest performance across all datasets, with AUCs of 0.889 (training), 0.838 (internal test), and 0.822 (external validation), outperforming single-modality models. Decision curve analysis (DCA) revealed enhanced clinical net benefit from the integrated model, while calibration curves confirmed its good predictive consistency. SHAP analysis revealed that radiomic features related to T2WI texture (e.g., LargeDependenceLowGrayLevelEmphasis) and clinical biomarkers (e.g., CA19-9) were among the most predictive for CRLM. Grad-CAM visualizations confirmed that the deep learning model focused on tumor regions consistent with radiological interpretation. Conclusions: This study presents a robust and interpretable multiparametric MRI-based model for noninvasively predicting liver metastasis in colorectal cancer patients. By integrating handcrafted radiomics and deep learning features, and enhancing transparency through SHAP and Grad-CAM, the model provides both high predictive performance and clinically meaningful explanations. These findings highlight its potential value as a decision-support tool for individualized risk assessment and treatment planning in the management of colorectal cancer.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».