Non-invasive MRI-based Pipelines for Pediatric Low-Grade Gliomas Molecular Biomarker Identification and Beyond Using Machine Learning
Notice bibliographique
Résumé
Pediatric low-grade glioma (pLGG) is the most common type of brain cancer among children, and molecular marker identification of pLGG is crucial for successful treatment planning. The current standard of care is biopsy, which is invasive. Thus, non-invasive imaging-based approaches, where Machine Learning (ML) has high potential, are impactful. We curated a large dataset of pretherapeutic Magnetic Resonance Imaging (MRI) scans for developing non-invasive pLGG molecular subtype identification. In this work, first, we conducted dataset size sensitivity analysis and determined that 132 patients would suffice for training a reliable pLGG molecular subtype identification pipeline using MRI-based radiomics. Additionally, we observed performance variance when training and validation splits were repeated. Inspired by the first study, we proposed Open-radiomics as a collection of standardized radiomics datasets, a radiomics research protocol, and a base pipeline for radiomics-based brain tumour pathology classification using open-source adult patient datasets. In the third study, we introduced the IMICS ROC analyzer, a method and software for the identification of outliers in retrospective studies. Relying on the first three studies, in the fourth study, we redesigned the pipelines to (1) provide per-patient ML-based inference for our bi-institutional pLGG radiomics dataset and (2) identify outliers using IMICS ROC analyzer. The open-radiomics-based design of the fourth study enabled us to measure the confidence of our subtype identifiers using a Monte Carlo method. We included three additional studies using more advanced ML techniques to improve the pipelines. In the fifth study, we demonstrated that Large Language Models (LLMs) could augment the clinical data and improve the pLGG subtype identification pipelines. In the sixth study, we used convolutional neural networks (CNN) and proposed 3D probability distribution functions of tumour location to allow the classifiers to explore beyond the manual segmentation masks provided by neuroradiologists. In the last study, we improved the performance of the CNNs using a novel multiclass area under the receiver operating curve (AUROC) loss function. We leveraged radiomics, ML, LLMs, and CNNs and developed non-invasive pLGG molecular subtype identification pipelines tailored for precision medicine, enabling improved clinical adoption and patient outcomes.
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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 | 0,003 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
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 ».