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利用深度迁移学习挖掘多参数Gd-EOB-DTPA增强磁共振成像特征构建HCC切除术后复发预测模型

批准号:
82102145
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵香田
依托单位:
学科分类:
医学影像大数据与人工智能
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵香田

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
HCC切除术后复发是导致患者治疗失败和死亡的主要原因,目前主要根据分期系统进行危险分层,但尚无法准确预测且不能提供可量化的风险指标。多参数Gd-EOB-DTPA增强MRI是临床诊疗HCC的主要依据,现有证据表明其数字特征对HCC切除术后复发预测很有价值。深度迁移学习的自学习特性能够自动挖掘图像更抽象、本质的特征,且显著减少用于训练的图像数量,但目前尚未有将深度迁移学习应用于多参数Gd-EOB-DTPA增强MRI图像挖掘特征以预测HCC复发风险的报道。本研究拟利用深度迁移学习提取多参数Gd-EOB-DTPA增强MRI图像数字特征,构建HCC自动分割模型,探索肿瘤、瘤周和背景肝实质图像特征与术后早、晚期复发之间的相关性;并结合MRI图像数字特征、分子标志物和临床-病理特征建立综合预测模型。预期可为临床提供更精确的HCC术后复发预测方法,为HCC患者个体化治疗方案制定提供决策支持。
英文摘要
HCC recurrence after resection is the main cause of treatment failure and death of patients. At present, risk stratification is mainly based on the HCC staging systems, however, they are criticized for inadequate predictive accuracy, and none of them provide quantifiable risk measures. Multi-parameter Gd-EOB-DTPA enhanced MRI is the main basis for clinical diagnosis and treatment of HCC. Existing evidence indicates that its digital characteristics are valuable for predicting recurrence after HCC resection. The self-learning feature of deep transfer learning can automatically mine the more abstract and essential features of images, and significantly reduce the number of images used for training. However, there has been no report that applies deep transfer learning to multi-parameter Gd-EOB-DTPA enhancement MRI for mining features and predicting the risk of HCC recurrence. Therefore,this study aims to use deep transfer learning to extract the digital features of multi-parameter Gd-EOB-DTPA enhanced MRI images for HCC patients, build an automatic segmentation model of HCC tumor areas, and explore the relationship between the features of tumor, peritumor and background liver parenchymal and postoperative early and late recurrence. Meanwhile, a comprehensive prediction model will be established by combining the digital characteristics of MRI images, related molecular markers and clinical-pathological characteristics. It is expected to provide a more accurate method for predicting postoperative recurrence of HCC in the clinic and provide decision support for the development of individualized treatment plans for HCC patients.
肝细胞癌(HCC)外科切除术后复发是导致患者治疗失败和死亡的主要原因,目前主要根据分期系统进行危险分层,但尚无法准确预测且不能提供可量化的风险指标。多参数Gd-EOB-DTPA增强MRI是临床诊疗HCC的主要手段,通过医工交叉研究探索将深度迁移学习应用于多参数Gd-EOB-DTPA增强MRI图像挖掘数字特征以预测HCC切除术后复发风险,对HCC患者个体化治疗方案的制定意义重大。.本研究最终纳入本院171例、中心二303例、中心三95例的多模态数据,均含常规临床、病理和随访资料,及术前增强CT图像、Gd-EOB-DTPA增强MRI图像和术后病理全玻片成像。完成了基于MRI图像的肝脏、肝段、HCC肿瘤区域的自动识别和分割;建立了结合多参数Gd-EOB-DTPA动态增强MRI影像特征、临床-病理指标和分子标记物的复合早期复发预测模型;开发了一个基于机器学习和深度学习的智能分析框架,全自动量化HCC患者手术病理组织WSI上的肿瘤浸润淋巴细胞CD8+的密度,并构建肿瘤浸润淋巴细胞评分系统(ATLS-8),评估其对HCC患者总生存期的预测价值。最终,在测试数据上,我们的AI模型肝脏分割的Dice相似性系数平均达到了0.96±0.02,HCC分割的Dice相似性系数平均为0.82±0.25。微血管侵犯、肿瘤数量、CD8+ TILs密度、多参数MRI深度学习特征是HCC切除术后早期复发的独立危险因素;该列线图在训练集(AUC:0.920 vs. 0.748; p<0.001)和验证集(AUC:0.906 vs. 0.705; p = 0.002) 中均优于目前常用的临床-病理指标列线图。单变量和多变量cox回归分析显示ATLS-8是独立预后因素。将ATLS-8与临床模型整合为全模型,结果显示全模型对HCC患者预后的区分度高于临床模型(三个队列的C指数分别为 0.770 vs. 0.757;0.769 vs. 0.727;0.712 vs. 0.642)。.通过本课题的研究,有效解决了如何利用深度学习算法进行MRI图像上肝脏和肿瘤分割、如何利用多参数MRI图像进行数据分析等关键科学问题,为AI模型辅助医生更准确地识别HCC并预测外科切除术后的早期复发风险奠定了基础,为HCC的诊断和个性化治疗提供了新的手段。相关结果在期刊JEHP reports上发表论文1篇:协助培养硕士生1名。
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