npj Digit Med | CT基礎(chǔ)模型助力放療精準(zhǔn)決策
宮頸癌是威脅女性健康的重大疾病,全球每年新增病例約66萬(wàn)例。對(duì)于局部晚期患者,雖然標(biāo)準(zhǔn)的同步放化療能讓約70%的患者獲得無(wú)病生存,但仍有近三分之一面臨復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。為提高治療成功率,臨床開始探索強(qiáng)化治療策略,但這些方案在改善生存的同時(shí)也帶來(lái)更高的毒性和費(fèi)用負(fù)擔(dān)。關(guān)鍵問(wèn)題在于:并非所有患者都需要強(qiáng)化治療,低風(fēng)險(xiǎn)患者用標(biāo)準(zhǔn)治療已足夠,而高風(fēng)險(xiǎn)患者則迫切需要更積極的干預(yù)。因此,如何在治療前精準(zhǔn)識(shí)別出真正需要強(qiáng)化治療的高風(fēng)險(xiǎn)患者,既確保他們獲得最佳療效,又避免低風(fēng)險(xiǎn)患者承受不必要負(fù)擔(dān),成為當(dāng)前臨床亟待解決的核心問(wèn)題。
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(深圳先進(jìn)院)醫(yī)工所梁曉坤副研究員團(tuán)隊(duì),聯(lián)合了北京協(xié)和醫(yī)院、空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院、大連醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院多家頂尖醫(yī)院,成功開發(fā)出一種智能工具——CerviPro多模態(tài)放療預(yù)后預(yù)測(cè)模型。該模型能夠精準(zhǔn)告訴醫(yī)生:患者屬于高風(fēng)險(xiǎn)群體,需加大治療力度;還是低風(fēng)險(xiǎn)群體,可考慮簡(jiǎn)化治療方案等信息。相關(guān)成果以"Multimodal Deep Learning Model for Prognostic Prediction in Cervical Cancer Receiving Definitive Radiotherapy: A Multi-Center Study"為題(圖1),發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊npj Digital Medicine(IF: 15.1)。
結(jié)合時(shí)序CT基礎(chǔ)模型特征的多模生存分析方法
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種融合放療前后CT基礎(chǔ)模型特征、影像組學(xué)特征與臨床信息的多模態(tài)深度學(xué)習(xí)預(yù)后預(yù)測(cè)方法(圖2)。該方法首先采用基于深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)分割技術(shù)精準(zhǔn)提取腫瘤區(qū)域,隨后利用預(yù)訓(xùn)練CT基礎(chǔ)模型提取高維深度特征,并通過(guò)主成分分析降維和特征篩選技術(shù),實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的智能融合。
醫(yī)工融合,多中心驗(yàn)證
為確保模型的臨床實(shí)用性,研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京協(xié)和醫(yī)院、空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院、大連醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院,共同收集了1018例宮頸癌患者的多模臨床數(shù)據(jù)(圖3)。通過(guò)多中心驗(yàn)證設(shè)計(jì),驗(yàn)證了模型不僅在單一醫(yī)院表現(xiàn)優(yōu)異,還能適應(yīng)不同醫(yī)院的實(shí)際臨床環(huán)境。提出的CerviPro模型的結(jié)果表現(xiàn)超越傳統(tǒng)Cox模型和DeepSurv模型,體現(xiàn)了整合不同數(shù)據(jù)源的協(xié)同價(jià)值,為臨床醫(yī)生精準(zhǔn)識(shí)別高?;颊?、制定個(gè)體化治療策略提供了可靠的智能決策工具(圖4)。
深圳先進(jìn)院碩士研究生楊光為共同第一作者,北京協(xié)和醫(yī)院侯曉榮教授、胡克教授以及深圳先進(jìn)院梁曉坤副研究員為共同通訊作者。研究工作得到了空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院和大連醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院的大力支持。
未來(lái),研究團(tuán)隊(duì)將把CT基礎(chǔ)模型繼續(xù)擴(kuò)展到更多臨床中心,并融合更多類型的影像信息與生物標(biāo)志物,以持續(xù)提升模型的預(yù)測(cè)精度,為患者制定更精準(zhǔn)的個(gè)體化放療方案,在提高治療效果的同時(shí),兼顧生活質(zhì)量。


圖1:文章上線截圖

圖2: CerviPro模型整合多模態(tài)特征進(jìn)行生存預(yù)測(cè)的流程

圖3:模型在放療患者中預(yù)測(cè)無(wú)病生存期的構(gòu)建與多中心驗(yàn)證過(guò)程

圖4:模型結(jié)果
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