成像生物标志物提供了一种无创的方法来预测治疗前免疫疗法的反应。在这项工作中，我们提出了一种从卷积神经网络（CNN）计算出的新型深度放射素特征（DRF），该特征捕获了与免疫细胞标记和整体生存有关的肿瘤特征。我们的研究使用四个MRI序列（T1加权，T1加权后对比，T2加权和FLAIR），并具有151例脑肿瘤患者的相应免疫细胞标记。该方法通过在MRI扫描的标记肿瘤区域内聚集了预训练的3D-CNN的激活图，从而提取了180个DRF。这些功能提供了编码组织异质性的区域纹理的紧凑而有力的表示。进行了一组全面的实验，以评估所提出的DRF和免疫细胞标记之间的关系，并衡量它们与整体生存的关联。结果表明，DRF和各种标记之间存在很高的相关性，以及根据这些标记分组的患者之间的显着差异。此外，将DRF，临床特征和免疫细胞标记组合为随机森林分类器的输入有助于区分短期和长期生存结果，AUC为72 \％，P = 2.36 $ \ times $ 10 $^{ - 5} $。这些结果证明了拟议的DRF作为非侵入性生物标志物在预测脑肿瘤患者的治疗反应中的有用性。
translated by 谷歌翻译
在恶性原发性脑肿瘤中，癌细胞浸润到周围的脑结构中，导致不可避免的复发。对周围区域的浸润性异质性（活检或切除可能是危险的区域）的定量评估对于临床决策很重要。以前关于表征周围区域浸润性异质性的工作使用了各种成像方式，但是已经探索了细胞外无水运动限制的信息。在这里，我们通过使用基于扩散的张量成像（DTI）的自由水量分数图来表征一组独特的人工智能（AI）标记，从而捕获肿瘤浸润的异质性，从而捕获肿瘤的异质性。首先通过利用胶质母细胞瘤和脑转移的广泛不同的水扩散性能作为在周围肿瘤组织中有和没有浸润的区域的区域，首先提取了一种新型的基于体素的深度学习周围微环境指数（PMI）。均匀高PMI值的局部枢纽的描述性特征被提取为基于AI的标记，以捕获渗透性异质性的不同方面。提出的标记物应用于两个临床用例，对275个成人型弥漫性神经胶质瘤的独立人群（4级）分析，分析异氯酸盐 - 脱水酶1（IDH1） - wildtypes之间的生存持续时间以及带有IDH1-杀剂的差异。我们的发现提供了一系列标记物作为浸润的替代物，可捕获有关周围微观结构异质性生物学潜在生物学的独特见解，使其成为与生存和分子分层有关的预后生物标志物，并具有潜在的适用性在临床决策中。
translated by 谷歌翻译
目的：基于深度学习的放射素学（DLR）在医学图像分析中取得了巨大的成功，并被认为是依赖手工特征的常规放射线学的替代。在这项研究中，我们旨在探索DLR使用预处理PET/CT预测鼻咽癌（NPC）中5年无进展生存期（PFS）的能力。方法：总共招募了257名患者（内部/外部队列中的170/87），具有晚期NPC（TNM III期或IVA）。我们开发了一个端到端的多模式DLR模型，其中优化了3D卷积神经网络以从预处理PET/CT图像中提取深度特征，并预测了5年PFS的概率。作为高级临床特征，TNM阶段可以集成到我们的DLR模型中，以进一步提高预后性能。为了比较常规放射素学和DLR，提取了1456个手工制作的特征，并从54种特征选择方法和9种分类方法的54个交叉组合中选择了最佳常规放射线方法。此外，使用临床特征，常规放射线学签名和DLR签名进行风险组分层。结果：我们使用PET和CT的多模式DLR模型比最佳常规放射线方法获得了更高的预后性能。此外，多模式DLR模型仅使用PET或仅CT优于单模式DLR模型。对于风险组分层，常规的放射线学签名和DLR签名使内部和外部队列中的高风险患者群体之间有显着差异，而外部队列中的临床特征则失败。结论：我们的研究确定了高级NPC中生存预测的潜在预后工具，表明DLR可以为当前TNM分期提供互补值。
translated by 谷歌翻译
目的;这项研究的目的是通过将机器学习应用于多模式MRI特征，将神经胶质肿瘤分为II，III和IV类别，与体积分析相比。方法;我们回顾性地研究了57例在3T MRI上获取的T2加权，T2加权，Flair图像和ADC MAP的胶质瘤患者。使用ITK-SNAP开源工具的半小局分割，将肿瘤分割为增强和非增强部分，肿瘤坏死，囊肿和水肿。我们测量了总肿瘤量，增强的非肿瘤，水肿，坏死体积以及与总肿瘤量的比率。对培训载体机（SVM）分类器和人工神经网络（ANN）进行了标记的数据，旨在回答感兴趣的问题。通过ROC分析计算预测的特异性，灵敏度和AUC。使用Kruskall Wallis评估了组之间连续度量的差异，并进行了事后DUNN校正以进行多次比较。结果;当我们比较组之间的体积比时，IV级和II-III级神经胶质肿瘤之间的统计学显着差异。 IV级神经胶质肿瘤的水肿和肿瘤坏死比率高于II和III级。体积比分析无法成功区分II和III级肿瘤。但是，SVM和ANN以高达98％和96％的精度正确分类了每个组。结论;在临床环境中，可以将机器学习方法应用于MRI特征，以无创，更容易地对脑肿瘤进行分类。
translated by 谷歌翻译
脑转移性疾病的治疗决策依赖于主要器官位点的知识，目前用活组织检查和组织学进行。在这里，我们开发了一种具有全脑MRI数据的准确非侵入性数字组织学的新型深度学习方法。我们的IRB批准的单网回顾性研究由患者（n = 1,399）组成，提及MRI治疗规划和伽马刀放射牢房超过19年。对比增强的T1加权和T2加权流体减毒的反转恢复脑MRI考试（n = 1,582）被预处理，并输入肿瘤细分，模态转移和主要部位分类的建议深度学习工作流程为五个课程之一（肺，乳腺，黑色素瘤，肾等）。十倍的交叉验证产生的总体AUC为0.947（95％CI：0.938,0.955），肺类AUC，0.899（95％CI：0.884,0.915），乳房类AUC为0.990（95％CI：0.983,0.997） ，黑色素瘤ACAC为0.882（95％CI：0.858,0.906），肾类AUC为0.870（95％CI：0.823,0.918），以及0.885的其他AUC（95％CI：0.843,0.949）。这些数据确定全脑成像特征是判别的，以便准确诊断恶性肿瘤的主要器官位点。我们的端到端深度射出方法具有巨大的分类来自全脑MRI图像的转移性肿瘤类型。进一步的细化可以提供一种无价的临床工具，以加快对精密治疗和改进的结果的原发性癌症现场鉴定。
translated by 谷歌翻译
最早的早期结肠直肠癌（CRC）患者可以单独通过手术治愈，只有某些高风险的早期CRC患者受益于佐剂化学疗法。然而，很少有验证的生物标志物可用于准确预测术后化疗的生存效果。我们开发了一种新的深度学习算法（CRCNET），使用来自分子和细胞肿瘤（MCO）的全滑动图像来预测II / III CRC中辅助化疗的存活效益。我们通过交叉验证和外部使用来自癌症基因组Atlas（TCGA）的独立队列的外部验证了CRCNet。我们表明，CRCNet不仅可以准确地预测生存预后，还可以进行佐剂化疗的治疗效果。 CRCNET鉴定了来自佐剂化疗的高危亚组益处，在化疗治疗的患者中，观察到辅助化疗最大而显着的存活率。相反，在CRCNET低和中风险亚组中观察到最小化疗益处。因此，CRCNET可能在阶段II / III CRC的指导治疗方面具有很大的用途。
translated by 谷歌翻译
人工智能（AI）技术具有重要潜力，可以实现有效，鲁棒和自动的图像表型，包括识别细微图案。基于AI的检测搜索图像空间基于模式和特征来找到兴趣区域。存在一种良性的肿瘤组织学，可以通过使用图像特征的基于AI的分类方法来识别。图像从图像中提取可用于的可覆盖方式，可以通过显式（手工/工程化）和深度辐射谱系框架来探索途径。辐射瘤分析有可能用作非侵入性技术，以准确表征肿瘤，以改善诊断和治疗监测。这项工作介绍基于AI的技术，专注于肿瘤宠物和PET / CT成像，用于不同的检测，分类和预测/预测任务。我们还讨论了所需的努力，使AI技术转换为常规临床工作流程，以及潜在的改进和互补技术，例如在电子健康记录和神经象征性AI技术上使用自然语言处理。
translated by 谷歌翻译
胶质母细胞瘤多形状（GBM）是一种恶性脑癌，形成约占Al脑和中枢神经系统（CNS）癌症的48％。据估计，由于GBM，美国每年发生超过13,000人死亡，使得具有可能导致可预测和有效的治疗的早期诊断系统至关重要。 GBM诊断后最常见的治疗方法是化疗，通过将迅速的分割细胞发送到凋亡。然而，当MgMT启动子序列甲基化时，这种形式的治疗无效，并且导致严重的副作用降低患者生存性。因此，重要的是能够通过基于非侵入性磁共振成像（MRI）的机器学习（ML）模型来鉴定MGMT启动子甲基化状态。这是使用脑肿瘤分割（BRALS）2021数据集完成的，该数据集最近用于国际摇臂竞争。我们开发了四种初级模型 - 两个辐射模型和两个CNN型号 - 每次解决具有逐步改进的二进制分类任务。我们构建了一种称为中间状态发生器称为中间状态发生器的新型ML模型，用于归一化所有MRI扫描的切片厚度。通过进一步的改进，我们最好的模型能够显着达到性能（P <0.05 $），比最佳性能的滑动模型更好，平均交叉验证精度增加6％。这种改进可能导致更明智的化疗选择作为治疗选择，每年延长成千上万的GBM患者的生命。
translated by 谷歌翻译
早期检测改善了胰腺导管腺癌（PDAC）中的预后，但挑战，因为病变通常很小，并且在对比增强的计算断层扫描扫描（CE-CT）上定义很差。深度学习可以促进PDAC诊断，但是当前模型仍然无法识别小（<2cm）病变。在这项研究中，最先进的深度学习模型用于开发用于PDAC检测的自动框架，专注于小病变。另外，研究了整合周围解剖学的影响。 CE-CT来自119个病理验证的PDAC患者的群组和123名没有PDAC患者的队列用于训练NNUNET用于自动病变检测和分割（\ TEXTIT {NNUNET \ _t}）。训练了两种额外的鼻塞，以研究解剖学积分的影响：（1）分割胰腺和肿瘤（\ yryit {nnunet \ _tp}），（2）分割胰腺，肿瘤和多周围的解剖结构（\ textit {nnunet \_多发性硬化症}）。外部可公开的测试集用于比较三个网络的性能。 \ Textit {nnunet \ _ms}实现了最佳性能，在整个测试集的接收器操作特性曲线下的区域为0.91，肿瘤的0.88 <2cm，显示最先进的深度学习可以检测到小型PDAC和解剖信息的好处。
translated by 谷歌翻译
目的：开发和验证基于临床阴性ALN的早期乳腺癌（EBC）术后预测腋窝淋巴结（ALN）转移的深度学习（DL）的主要肿瘤活检签名。方法：从2010年5月到2020年5月，共注册了1,058名具有病理证实ALN状态的eBC患者。基于关注的多实例学习（AMIL）框架，建立了一种DL核心针活检（DL-CNB）模型利用DL特征预测ALN状态，该DL特征从两位病理学家注释的乳腺CNB样本的数字化全幻灯片（WSIS）的癌症区域提取。分析了准确性，灵敏度，特异性，接收器操作特征（ROC）曲线和ROC曲线（AUC）下的区域进行评估，评估我们的模型。结果：具有VGG16_BN的最佳性DL-CNB模型作为特征提取器实现了0.816的AUC（95％置信区间（CI）：0.758,0.865），以预测独立测试队列的阳性Aln转移。此外，我们的模型包含称为DL-CNB + C的临床数据，得到了0.831的最佳精度（95％CI：0.775,0.878），特别是对于50岁以下的患者（AUC：0.918,95％CI： 0.825,0.971）。 DL-CNB模型的解释表明，最高度预测ALN转移的顶部签名的特征在于包括密度（$ P $ 0.015），周长（$ P $ 0.009），循环（$ P $ = 0.010）和方向（$ p $ = 0.012）。结论：我们的研究提供了一种基于DL的基于DL的生物标志物在原发性肿瘤CNB上，以预先验证EBC患者的术前预测ALN的转移状态。
translated by 谷歌翻译
数据分析方法的组合，提高计算能力和改进的传感器可以实现定量颗粒状，基于细胞的分析。我们描述了与组织解释和调查AI方法有关的丰富应用挑战集，目前用于应对这些挑战。我们专注于一类针对性的人体组织分析 - 组织病理学 - 旨在定量表征疾病状态，患者结果预测和治疗转向。
translated by 谷歌翻译
计算机辅助方法为诊断和预测脑疾病显示了附加的价值，因此可以支持临床护理和治疗计划中的决策。本章将洞悉方法的类型，其工作，输入数据（例如认知测试，成像和遗传数据）及其提供的输出类型。我们将专注于诊断的特定用例，即估计患者的当前“状况”，例如痴呆症的早期检测和诊断，对脑肿瘤的鉴别诊断以及中风的决策。关于预测，即对患者的未来“状况”的估计，我们将缩小用例，例如预测多发性硬化症中的疾病病程，并预测脑癌治疗后患者的结局。此外，根据这些用例，我们将评估当前的最新方法，并强调当前对这些方法进行基准测试的努力以及其中的开放科学的重要性。最后，我们评估了计算机辅助方法的当前临床影响，并讨论了增加临床影响所需的下一步。
translated by 谷歌翻译
多参数磁共振成像（MPMRI）在检测前列腺癌病变中的作用越来越大。因此，解释这些扫描的医学专业人员通过使用计算机辅助检测系统来减少人为错误的风险。但是，系统实施中使用的各种算法产生了不同的结果。在这里，我们研究了每个前列腺区域的最佳机器学习分类器。我们还发现了明显的功能，以阐明模型的分类原理。在提供的数据中，我们收集并增强了T2加权图像和明显的扩散系数MAP图像，以首先通过三阶统计特征提取作为机器学习分类器的输入。对于我们的深度学习分类器，我们使用卷积神经网（CNN）体系结构进行自动提取和分类。通过显着映射以了解内部的分类机制，可以改善CNN结果的可解释性。最终，我们得出的结论是，有效检测周围和前纤维肌间基质（AS）病变更多地取决于统计分布特征，而过渡区（TZ）的病变更多地取决于纹理特征。合奏算法最适合PZ和TZ区域，而CNN在AS区域中最好。这些分类器可用于验证放射科医生的预测，并减少怀疑患有前列腺癌的患者的阅读差异。还可以进一步研究这项研究中报告的显着特征，以更好地了解使用mpMRI的前列腺病变的隐藏特征和生物标志物。
translated by 谷歌翻译
目的：利用高分辨率定量CT（QCT）成像特征来预测间质肺疾病（ILD）的纤维纤维诊断和预后。方法：40名ILD患者（20例常规间质性肺炎（UIP），20个非UIP模式ILD）由2位放射科医生的专家共识分类，随后持续了7年。记录临床变量。分割肺场后，使用基于晶格的方法（TM模型）提取了总共26个纹理特征。将TM模型与先前基于直方图的模型（HM）进行了比较，以便将UIP与非UIP分类。为了进行预后评估，进行了生存分析，将专家诊断标签与TM指标进行比较。结果：在分类分析中，TM模型的表现优于HM方法，AUC为0.70。虽然在COX回归分析中，UIP与非UIP专家标签的生存曲线在统计学上并没有差异，但TM QCT特征允许该队列的统计学意义分区。结论：TM模型在区分非UIP模式方面优于HM模型。最重要的是，TM允许将队列分配为不同的生存群体，而专家UIP与非UIP标签则不得。 QCT TM模型可以改善ILD的诊断，并提供更准确的预后，更好地指导患者管理。
translated by 谷歌翻译
肺癌是癌症相关死亡率的主要原因。尽管新技术（例如图像分割）对于改善检测和较早诊断至关重要，但治疗该疾病仍然存在重大挑战。特别是，尽管治愈性分辨率增加，但许多术后患者仍会出现复发性病变。因此，非常需要预后工具，可以更准确地预测患者复发的风险。在本文中，我们探讨了卷积神经网络（CNN）在术前计算机断层扫描（CT）图像中存在的分割和复发风险预测。首先，随着医学图像分割的最新进展扩展，剩余的U-NET用于本地化和表征每个结节。然后，确定的肿瘤将传递给第二个CNN进行复发风险预测。该系统的最终结果是通过随机的森林分类器产生的，该分类器合成具有临床属性的第二个网络的预测。分割阶段使用LIDC-IDRI数据集，并获得70.3％的骰子得分。复发风险阶段使用了国家癌症研究所的NLST数据集，并获得了73.0％的AUC。我们提出的框架表明，首先，自动结节分割方法可以概括地为各种多任务系统提供管道，其次，深度学习和图像处理具有改善当前预后工具的潜力。据我们所知，这是第一个完全自动化的细分和复发风险预测系统。
translated by 谷歌翻译
骨肉瘤是最常见的原发性骨癌，其标准治疗包括术前化疗，然后切除。化学疗法反应用于预测患者的预后和进一步治疗。坏死在切除标本上的组织学幻灯片通常评估了坏死比定义为坏死肿瘤与总体肿瘤之比。已知坏死比> = 90％的患者的预后更好。多个载玻片对坏死比的手动微观综述是半定量性的，并且可能具有观察者间和观察者间的变异性。我们提出了一种基于目标和可再现的深度学习方法，以估计坏死比，并从扫描的苏木精和曙红全幻灯片图像预测结果。我们以3134个WSI的速度收集了103例骨肉瘤病例，以训练我们的深度学习模型，验证坏死比评估并评估结果预测。我们训练了深层多磁化网络，以分割多个组织亚型，包括生存的肿瘤和像素级中的坏死肿瘤，并计算来自多个WSI的病例级坏死比。我们显示了通过分割模型估算的坏死比，高度与由专家手动评估的病理报告中的坏死比高度相关，其中IV级的平均绝对差异（100％），III（> = 90％）和II（> = 50％和<50％和< 90％）坏死反应分别为4.4％，4.5％和17.8％。我们成功地对患者进行了分层，以预测P = 10^-6的总生存率，而P = 0.012的无进展生存率。我们没有可变性的可重现方法使我们能够调整截止阈值，特别是用于模型和数据集的截止阈值，为OS的80％，PFS为60％。我们的研究表明，深度学习可以支持病理学家作为一种客观的工具，可以分析组织学中骨肉瘤，以评估治疗反应并预测患者结果。
translated by 谷歌翻译
在这项研究中，将放射学方法扩展到用于组织分类的光学荧光分子成像数据，称为“验光”。荧光分子成像正在出现在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）切除期间的精确手术引导。然而，肿瘤到正常的组织对比与靶分子表皮生长因子受体（EGFR）的异质表达的内在生理局限性混淆。验光学试图通过探测荧光传达的EGFR表达中的质地模式差异来改善肿瘤识别。从荧光图像样品中提取了总共1,472个标准化的验光特征。涉及支持矢量机分类器的监督机器学习管道接受了25个顶级功能的培训，这些功能由最小冗余最大相关标准选择。通过将切除组织的图像贴片分类为组织学确认的恶性肿瘤状态，将模型预测性能与荧光强度阈值方法进行了比较。与荧光强度阈值方法相比，验光方法在所有测试集样品中提供了一致的预测准确性（无剂量）（平均精度为89％vs. 81％； P = 0.0072）。改进的性能表明，将放射线学方法扩展到荧光分子成像数据为荧光引导手术中的癌症检测提供了有希望的图像分析技术。
translated by 谷歌翻译
新辅助化疗（NAC）对乳腺癌的病理完全反应（PCR）的早期预测在手术计划和优化治疗策略中起着至关重要的作用。最近，建议从多参数MRI（MP-MRI）数据（包括动态对比增强的MRI和扩散加权MRI（DWI））中的多参数MRI（MP-MRI）数据提出基于机器和深度学习的方法。我们引入了PD-DWI，这是一种生理分解的DWI机器学习模型，可预测DWI和临床数据的PCR。我们的模型首先将RAW DWI数据分解为影响DWI信号的各种生理线索，然后使用分解数据，除了临床变量外，还用作基于放射线学的XGBoost模型的输入特征。我们使用公开可用的乳房多参数MRI来预测NAC响应（BMMR2）挑战的公共乳房多参数MRI，证明了PD-DWI模型的添加值与传统的机器学习方法相比，用于从MP-MRI数据进行PCR预测的传统机器学习方法。与当前排行榜上的最佳结果（0.8849 vs. 0.8397）相比，我们的模型大大改善了曲线下的面积（AUC）。 PD-DWI有可能改善NAC乳腺癌后PCR的预测，减少MP-MRI的总体采集时间，并消除对比造影剂注射的需求。
translated by 谷歌翻译
乳腺癌是女性可能发生的最严重的癌症之一。通过分析组织学图像（HIS）来自动诊断乳腺癌对患者及其预后很重要。他的分类为临床医生提供了对疾病的准确了解，并使他们可以更有效地治疗患者。深度学习（DL）方法已成功地用于各种领域，尤其是医学成像，因为它们有能力自动提取功能。这项研究旨在使用他的乳腺癌对不同类型的乳腺癌进行分类。在这项研究中，我们提出了一个增强的胶囊网络，该网络使用RES2NET块和四个额外的卷积层提取多尺度特征。此外，由于使用了小的卷积内核和RES2NET块，因此所提出的方法具有较少的参数。结果，新方法的表现优于旧方法，因为它会自动学习最佳功能。测试结果表明该模型的表现优于先前的DL方法。
translated by 谷歌翻译
通过磁共振成像（MRI）评估肿瘤负担对于评估胶质母细胞瘤的治疗反应至关重要。由于疾病的高异质性和复杂性，该评估的性能很复杂，并且与高变异性相关。在这项工作中，我们解决了这个问题，并提出了一条深度学习管道，用于对胶质母细胞瘤患者进行全自动的端到端分析。我们的方法同时确定了肿瘤的子区域，包括第一步的肿瘤，周围肿瘤和手术腔，然后计算出遵循神经符号学（RANO）标准的当前响应评估的体积和双相测量。此外，我们引入了严格的手动注释过程，其随后是人类专家描绘肿瘤子区域的，并捕获其分割的信心，后来在训练深度学习模型时被使用。我们广泛的实验研究的结果超过了760次术前和504例从公共数据库获得的神经胶质瘤后患者（2021 - 2020年在19个地点获得）和临床治疗试验（47和69个地点，可用于公共数据库（在19个地点获得）（47和69个地点）术前/术后患者，2009-2011）并以彻底的定量，定性和统计分析进行了备份，表明我们的管道在手动描述时间的一部分中对术前和术后MRI进行了准确的分割（最高20比人更快。二维和体积测量与专家放射科医生非常吻合，我们表明RANO测量并不总是足以量化肿瘤负担。
translated by 谷歌翻译