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Enregistrement W4413998229 · doi:10.1002/mp.18078

Feature level quantitative ultrasound and CT information fusion to predict the outcome of head & neck cancer radiotherapy treatment: Enhanced principal component analysis

2025· article· en· W4413998229 sur OpenAlexafffund
Amir Moslemi, Aryan Safakish, Lakshmanan Sannachi, David Alberico, Gregory J. Czarnota

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiomics and Machine Learning in Medical Imaging
Établissements canadiensUniversity of TorontoToronto Metropolitan UniversityHealth Sciences CentreSunnybrook Health Science Centre
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchTerry Fox Research Institute
Mots-clésPrincipal component analysisArtificial intelligenceRadiation therapySupport vector machinePattern recognition (psychology)Feature (linguistics)Medical imagingComputer scienceMedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background Radiation therapy is a common treatment for head and neck (H&N) cancers. Radiomic features, which are determined from biomedical imaging, can be effective biomarkers used to assess tumor heterogeneity and have been used to predict response to treatment. However, most studies employ only a single biomedical imaging modality to determine radiomic features. Purpose The objective of this study was to evaluate the effectiveness of radiomic feature fusion, combining quantitative ultrasound spectroscopy (QUS) and computed tomography (CT) imaging modalities, in predicting the outcomes of radiation therapy for H&N cancer prior to start. Method An enhanced version of principal component analysis (EPCA) was proposed to fuse 70 radiomic features from CT and 476 radiomic features from QUS in order to predict the response to radiation therapy in patients with H&N cancers (partial response vs. complete response). EPCA is a PCA method with Hessian matrix regularization and ‐regularization, and was proposed here for information fusion at a feature level. Leave‐one‐patient‐out methodology with bootstrap was applied to conduct train‐test analysis and fused features were used to train two (support vector machine (SVM) and k‐nearest neighbor (KNN)) classifiers to build a predictive model in order to predict response to treatment for patients with H&N cancers. Five‐fold (5) cross validation was applied on the training set to tune the hyperparameters of SVM and KNN classifiers. Consequently, the performance of classifiers was evaluated by examining accuracy (ACC), F1‐score (F1), balanced accuracy (BACC), Sensitivity (S n ), and Specificity ( S p ) metrics. Additionally, a two‐sided t ‐test was applied to the top principal components derived from EPCA methodology in order to assess the statistical significance of the selected components. The proposed method developed here was compared with minimum redundancy maximum relevance (mRMR) feature selection, conventional PCA, kernel PCA, autoencoder, and canonical correlation analysis (CCA). Additionally, we compared proposed EPCA with robust PCA and ‐norm constrained graph Laplacian PCA. Results Seventy‐one ( n = 71) (66 male (93%) and female (7chmch%)) H&N cancer patients were recruited with bulky metastatic neck lymph node (LN) involvement. Patients had a mean age of 59 ± 10 and 25 (35.2%) were complete responders and 46 (64.8%) were partial‐responders. In terms of predicting responses, the EPCA‐SVM classifier had better performance than EPCA‐KNN, and achieved 792% sensitivity, 842% specificity, 82 2% accuracy, 81 2% balanced accuracy, and 82 % area under curve (AUC). Results demonstrated the effectiveness of the proposed method with superiority over mRMR feature selection, conventional PCA, kernel PCA, autoencoder, and CCA methods. Using an ablation study, EPCA was compared with robust PCA and ‐norm constrained graph Laplacian PCA. Results supported the superiority of EPCA over rPCA and ‐norm constrained graph Laplacian PCA. Three principal components were statistically significant. Additionally, we compared the proposed method with the use of QUS and CT as individual imaging modalities. The results demonstrated the effectiveness of feature‐level fusion in enhancing prediction accuracy. Conclusion The results demonstrated that the proposed predictive model is able to predict a binary H&N cancer treatment outcome, feature level fusion of CT and QUS radiomics has superiority over single imaging modality and EPCA is an effective approach to fuse the features.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,369
Écart entre enseignants0,342 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
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

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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