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Neuro-Oncology:对脑胶质瘤IDH突变状态进行分类的一种新型的基于MRI的全自动深度学习算法

异柠檬酸脱氢酶(Isocitrate dehydrogenase, IDH)突变状态已成为神经胶质瘤的重要预后标志。当前,可靠的IDH突变诊断需要侵入性外科手术。该研究的目的是使用T2加权(T2w)MR图像开发高度精确的、基于MRI的、基于体素的深度学习IDH分类网络,并将其性能与基于多模态数据的网络进行比较。研究人员从癌症影像档案馆(The Cancer Imaging Archive,TCIA)和癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)中获得了214位受试者(94位IDH突变,120位IDH野生型)的多参数脑MRI数据和相应的基因组信息。他们开发了两个单独的网络,其中包括一个仅使用T2w图像的网络(T2-net)和一个使用多模态数据(T2w,磁共振成像液体衰减反转恢复序列(FLAIR)和T1 postcontrast)的网络(TS-net),以执行IDH分类任务和同时进行单标签肿瘤分割任务。本文使用3D的Dense-UNets的架构。使用三折交叉验证泛化网络的性能。同时使用Dice系数评估算法分割肿瘤的精度。T2-net在预测IDH突变状态任务上表现出97.14%±0.04的平均交叉验证准确率,灵敏度为0.97±0.03,特异性为0.98±0.01,曲线下面积(AUC)为0.98±0.01。TS-net的平均交叉验证准确性为97.12%±0.09,灵敏度为0.98±0.02,特异性为0.97±0.001,AUC为0.99±0.01。T2-net的肿瘤分割Dice系数的平均得分为0.85±0.009,TS-net的肿瘤分割Dice系数的平均得分为0.89±0.006。

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Radiology:人工智能在神经肿瘤学中的新兴应用

随着计算机算法呈指数式增长,人工智能(AI)方法有望提高医学诊断和治疗方法的精确度。影像组学方法在神经肿瘤学领域中的应用一直并可能继续处于这场革命的前沿。应用于常规和高级神经肿瘤学MRI数据的各种AI方法已经能够识别弥漫性胶质瘤的浸润边缘,区分假性进展和真实进展,并且比日常临床实践中使用的方法更好地预测复发和生存率。影像基因组学还将促进我们对癌症生物学的理解,允许以高空间分辨率对分子环境进行无创采样,从而能够对潜在异质性细胞和分子过程的系统理解。通过提供空间和分子异质性的体内标记物,基于人工智能的影像组学和影像基因组学工具有可能将患者分为更精确的初始诊断和治疗途径,并在个性化医疗时代实现更好的动态治疗监测。尽管仍存在重大挑战,但随着人工智能技术的进一步发展和临床应用的验证,在影像学实践中将发生巨大变化。

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在BRATS挑战赛中用于脑肿瘤分割、预后评估和总体生存预测的最佳机器学习算法

胶质瘤是最常见的原发性脑恶性肿瘤,具有不同程度的侵袭性、不同的预后和不同的组织学亚区,即瘤周水肿/瘤周浸润侵犯组织,坏死组织,增生活跃的组织,非强化的组织。这种内在的异质性也表现在它们的影像学表型上,因为它们的亚区域通过多参数磁共振成像(mpMRI)扫描中不同强度分布来描述,反映了不同的生物学特性。它们的形状、范围和位置的不均匀性是导致这些肿瘤难以切除的一些因素,在某些情况下甚至无法手术。在纵向扫描中,在评估表观肿瘤的潜在预后诊断时,需要切除肿瘤的数量也是一个考虑因素。此外,越来越多的证据表明,精确分割各种肿瘤亚区域可以为定量图像分析提供基础,从而预测患者的总体生存率。本研究评估了2012-2018年国际脑肿瘤分割(BraTS)挑战赛最后七次比赛中,mpMRI扫描中用于脑肿瘤图像分析的最新机器学习(ML)方法。具体而言,我们关注:

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脑肿瘤的影像组学:图像评估、定量特征描述和机器学习方法

影像组学描述了从影像图像中提取定量特征的一系列计算方法。其结果常常被用于评估影像诊断,预后以及肿瘤治疗。然而,在临床环境中,优化特征提取和快速获取信息的方法仍然面临重大挑战。同样重要的是,从临床应用角度,预测的影像组学特征必须明确地与有意义的生物学特征和影像科医生熟悉的定性成像特性相关联。在这里,我们使用跨学科的方法来强化影像组学的研究。我们通过提供基于新的临床见解的计算模型(例如,计算机视觉和机器学习)来探究脑肿瘤影像学研究(例如,潜在的图像意义)。我们概述了当前定量图像特征提取和预测方法,以及支持临床决策不同水平的可行的临床分类。我们还进一步讨论了机器学习未来可能面临的挑战和数据处理方法,以推进影像组学研究。本文发表在American Journal of Neuroradiology杂志。

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