腦膠質(zhì)瘤最常見(jiàn)的原發(fā)性顱內(nèi)腫瘤,約占所有中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的32%,約占顱內(nèi)惡性腫瘤的81%。關(guān)鍵基因生物標(biāo)志物,如MGMT、Ki67和IDH1/2,是評(píng)價(jià)腦膠質(zhì)瘤惡性程度的主要指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行術(shù)前精準(zhǔn)診斷對(duì)患者治療方式的選擇及其預(yù)后預(yù)測(cè)至關(guān)重要。由于腦部的特殊位置,臨床采用活檢的方法來(lái)獲得相關(guān)基因生物標(biāo)志物的狀態(tài)具有較高風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)價(jià)格昂貴,給患者帶來(lái)極大痛苦。PET-CT影像能無(wú)創(chuàng)提供腫瘤代謝相關(guān)信息,成為腦膠質(zhì)瘤診斷的常用影像學(xué)手段,結(jié)合患者的PET-CT影像數(shù)據(jù)、相關(guān)臨床和基因信息,利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)基因生物標(biāo)志物狀態(tài)的預(yù)測(cè),將有助于促進(jìn)腦膠質(zhì)瘤患者的精準(zhǔn)治療,降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),減少醫(yī)療成本。本文基于影像組學(xué)理論,通過(guò)對(duì)關(guān)鍵基因生物標(biāo)志物MGMT、Ki67和IDH1/2的無(wú)創(chuàng)精準(zhǔn)預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)。研究過(guò)程中,對(duì)影像特征、臨床特征及其組合,分別建立影像模型、臨床模型以及組合模型。構(gòu)建影像模型時(shí),首先針對(duì)PET-CT影像中感興趣區(qū)計(jì)算影像組學(xué)特征,結(jié)合U檢驗(yàn)、彈性網(wǎng)和SVM-RFE進(jìn)行特征選,然后采用SVM算法訓(xùn)練分類(lèi)模型;構(gòu)建臨床模型時(shí),首先使用AIC作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的邏輯斯特回歸算法... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

影像組學(xué)流程圖

36圖4.1MGMT影像模型的箱型圖使用決策曲線(xiàn)[55]來(lái)衡量在本研究分類(lèi)模型指導(dǎo)下，醫(yī)生對(duì)不同類(lèi)型的腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行放化療所取得的凈收益，其中與X軸平行的黑色直線(xiàn)代表著不對(duì)患者進(jìn)行治療，很顯然可以看出在任何閾值下凈收益均為零，其中橘紅色的曲線(xiàn)代表制對(duì)所有MGMT啟動(dòng)子甲基化患者均使用同樣的方法進(jìn)行治療，綠色的直線(xiàn)是根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)患者制定個(gè)體化治療方案，根據(jù)結(jié)果可以看出，從某一閾值開(kāi)始，綠色曲線(xiàn)一直在橘紅色直線(xiàn)上方，也就是說(shuō)，對(duì)患者制定個(gè)體化治療方案所獲得的凈收益高于對(duì)患者進(jìn)行單一治療所取得的凈收益，決策曲線(xiàn)如圖4.2(a)所示。利用Kaplan-Meier生存分析可以得到不同基因生物標(biāo)志物狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的患者生存概率，并且通過(guò)可視化的分析獲得多條生存狀態(tài)曲線(xiàn)，通過(guò)觀(guān)測(cè)多條生存曲線(xiàn)可以直觀(guān)的發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)下的患者的存活能力。此外，使用Log-rank檢驗(yàn)來(lái)比較不同生存曲線(xiàn)之間的差異。在納入的107例患者中，有100例患者已知生存至截止日期或確切死亡時(shí)間，納入預(yù)后分析，中位隨訪(fǎng)時(shí)間為32.4個(gè)月。本文分別根據(jù)患者M(jìn)GMT啟動(dòng)子的實(shí)際狀態(tài)和本研究中影像模型預(yù)測(cè)的MGMT啟動(dòng)子的狀態(tài)來(lái)繪制Kaplan-Meier曲線(xiàn)，根據(jù)結(jié)果可以看出不管是根據(jù)實(shí)際的MGMT啟動(dòng)子的狀態(tài)還是預(yù)測(cè)的MGMT的啟動(dòng)子的狀態(tài)對(duì)患者進(jìn)行分組，患者的總生存期均存在明顯差異，相反的，MGMT啟動(dòng)子甲基化與MGMT啟動(dòng)子被預(yù)測(cè)為甲基化以及MGMT啟動(dòng)子沒(méi)有甲基化與MGMT啟動(dòng)子沒(méi)有被預(yù)測(cè)為甲基化之間的生存曲線(xiàn)在患者的總生存期方面并不存在明顯差異，如圖4.2(b)所示。4模型構(gòu)建與評(píng)估

37圖4.2MGMT影像模型的決策曲線(xiàn)與生存曲線(xiàn)以前對(duì)MGMT啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)進(jìn)行放射學(xué)評(píng)估的研究主要基于多模態(tài)MRI的腦膠質(zhì)瘤的視覺(jué)特征、定量參數(shù)或高通量的影像學(xué)特征，其ACC范圍為0.58-0.89，AUC范圍為0.75-0.92（其中包含不區(qū)分訓(xùn)練集與測(cè)試集的研究）。而本文使用PET-CT影像數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，基于PET-CT的影像分類(lèi)模型相較于之前的研究，也是非侵襲性預(yù)測(cè)MGMT啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)以及預(yù)后預(yù)測(cè)的一種有前途的方法，具有很強(qiáng)的臨床應(yīng)用潛力。4.3.2Ki-67實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析本研究納入了123例（82例用于模型訓(xùn)練，41例用于模型的驗(yàn)證，樣本的劃分比例與排序和特征選擇時(shí)一致）腦膠質(zhì)瘤患者的PET-CT影像數(shù)據(jù)、臨床和基因信息，在經(jīng)過(guò)特征提取與特征選擇后，使用特征選擇的結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)模型的構(gòu)建，其具體的特征選擇結(jié)果見(jiàn)3.6.4小節(jié)。使用篩選后的影像特征和影像模型構(gòu)建方法來(lái)構(gòu)建預(yù)測(cè)Ki-67表達(dá)量的影像模型，使用篩選后的臨床特征和臨床模型構(gòu)建方法來(lái)構(gòu)建預(yù)測(cè)Ki-67表達(dá)量的臨床模型，使用篩選后的組合特征和組合模型構(gòu)建方法來(lái)構(gòu)建預(yù)測(cè)Ki-67表達(dá)量的組合模型。每種分類(lèi)模型均使用訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，使用測(cè)試集對(duì)訓(xùn)練好的模型進(jìn)行驗(yàn)證，看是否出現(xiàn)過(guò)擬合或者欠擬合的問(wèn)題。使用模型評(píng)價(jià)方法對(duì)影像模型、臨床模型和組合模型來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析，選擇最優(yōu)的模型來(lái)預(yù)測(cè)Ki-67的表達(dá)量，其中影像模型顯示出最好的性能，在訓(xùn)練4模型構(gòu)建與評(píng)估


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