基于人工智能的病理PET/CT图像预后分析

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癌症是一个重大的公共安全问题,威胁着人们的身体健康和家庭幸福。如果可以在治疗早期对高危患者进行识别,这将对治疗方法的选择和后期监测具有至关重要的作用。目前,临床普遍使用NCCN-IPI(National Comprehensive Cancer Network International Prognostic Index)对患者进行预后判断。近年来,许多研究发现,PET(Positron Emission Computed Tomography)/CT(Computed Tomography)图像中18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)的代谢参数也能为预后带来有益效果。随着影像组学技术的兴起,这项技术也逐渐被应用于医学图像领域。采用影像组学技术可以获取肿瘤潜在的异质性特征,而深入了解肿瘤的异质性是识别其病程发展和采取个体化治疗的关键,这为癌症患者的预后研究开辟了新的方向。为了探究影像组学特征对于癌症患者的预后价值,本文针对原发性胃肠道弥漫大B细胞淋巴瘤(PGI-DLBCL)患者进行了回顾性研究。针对传统临床诊疗中对患者使用NCCN-IPI进行预后存在准确性不足的问题,本文提出了一种结合影像组学特征、PET代谢参数以及临床危险因素的组合模型对患者进行预后预测。首先,利用影像组学技术构建PGI-DLBCL病理特征数据集,基于影像组学特征构建特征签名,然后将其与具有统计学显著性的预后影响因子共同纳入多因素比例风险回归分析,最后获得具有生存概率预测功能的组合模型。通过与NCCN-IPI模型、代谢参数模型进行对比,组合模型在对无进展生存时间(Progression-free Survival,PFS)和总体生存期(Overall Survival,OS)的预测中具有更高的准确性,其在合理阈值范围内可以获得更高的净增益。为了增强影像组学特征签名的鲁棒性,本文提出了一种基于机器学习模型交叉组合的特征签名构建优化。该方法使用七种机器学习模型对影像组学特征进行内外迭代选择和分类,计算各次选择分类结果的预测准确度并对比选择出最优关键特征向量,构建具有稳定预后预测能力的特征签名。此外,在对患者进行风险分层时,充分考虑了影像组学层面和临床层面的因素,提升了对预后不良的高危患者的识别能力。实验表明,优化后的组合模型对PFS和OS的预测效果在校准、净增益以及一致性指标(PFS训练集中0.801,验证集中0.758;OS训练集中0.807,验证集中0.794)等方面都优于其他两类模型,进一步验证了影像组学特征对于癌症患者的预后价值,同时证明了本文提出的组合模型在临床中可以获得更大的效益。
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