August 16th, 2020
该协议旨在训练机器学习算法,以结合从磁共振成像 (MRI) 和正电子发射断层扫描 (PET/CT) 中乳腺癌骨转移的大鼠模型中得出的成像参数,以检测早期转移性疾病并预测宏位值的后续进展。
该协议有助于开发机器学习算法,用于在早期器官殖民化阶段在实验模型中预测骨转移的生长。该技术的主要优点是,它将多个成像参数组合到机器学习算法中,该算法显著优于每个参数的生产能力。虽然,该协议旨在早期诊断骨质转移,它可以适应不同的器官或多联运和多参数成像研究领域。
手术后 10 天,使用 DCE 插件在 DICOM 查看器中注射。选择导入以在 4D 模式下加载 DCE 序列,然后选择包含 MRI 图像的 DICOM 文件夹。在第四或第五个 MRI 图像中,将圆形 1.5 平方毫米的圆形到右后腿近侧三轴骨髓的尺寸区域,并选择图型的相对增强。
输入时间点、1 到 5 的基线范围到相应的字段,然后导出分析作为名为 DCE 原始点 TXT 的点 TXT 文件。打开 RStudio 并加载提供的 DCE 脚本点 R 文件。选择代码、运行区域并运行所有代码以运行整个脚本,然后将输出复制到提供的映像功能模板文件。
在 DICOM 查看器中,在动物的后肌肉中放置第二个感兴趣区域,并重复 DCE 测量,如所证明的。在成像功能电子表格中,各自的骨骼测量将自动除以相应的肌肉测量数据规范化。要分析 PET/CT 图像,请打开 PET/CT 分析软件并导入 PET/CT 图像。
单击常规分析并选择兴趣量化区域,从模板创建和创建感兴趣区域。将四分之六毫米,放在右后腿近端轴的骨髓内,并选择感兴趣的区域目标一个叠加。请注意平均值、最小值和最大值(以每毫升 becquerels 为单位)。
然后,将最大值除以注入活性,将结果乘以动物重量(以克为单位)以计算标准化的吸收值。诊断注射后腿的肿瘤生长速率。在注射后第 30 天获取 MRI 和 PET/CT 图像后,分析演示的图像,并将肿瘤列添加到成像功能电子表格中。
然后分别为有转移或无可见肿瘤负担的动物输入一或零。要确定预测未来肿瘤生长的最相关功能,请将电子表格导入开源数据可视化机器学习和数据挖掘工具包。将数据菜单中的文件子例程拖入工作区,然后双击文件。
单击文件夹图标以加载电子表格并选择成像功能电子表格。选择导出工作表并将目标属性分配给可变肿瘤。将跳过函数分配给动物编号。
将排名子例程拖入工作区并绘制一条线以连接到文件和排名子例程。然后,双击打开排名子例程并选择信息增益算法。对于机器学习分析,打开 RStudio 3.4.1 并加载提供的训练模型 R 脚本。
在脚本中选择第三行到第六行以加载所需的库。单击代码以运行所选代码,然后单击运行所选行以运行所选行。要训练模型平均值到神经网络算法,请从训练模型 R 脚本中选择第 8 行到第 39 行,然后单击代码并运行所选行。
然后,要评估诊断准确性的标准参数,请从列车型号 R 脚本中选择行 41 到 50,然后单击代码并运行所选行。在手术后的第10天和癌细胞注射,可以获得MRI和PET/CT图像。DCE 分析允许测量感兴趣的肌肉和骨组织区域。
这些值可以通过将骨骼测量值除以肌肉测量值来规范化。注射后的第30天,所有动物都进行评估,以确定它们是否已经发展成一种指示阳性肿瘤负担的分形,一个指示没有可见肿瘤的健康动物为零。运行列车模型 R 脚本可以确定最佳超参数组合,并使用最佳超参数组合计算最终模型。
这些数据允许计算一组标准诊断参数,并绘制模型的接收器操作特性曲线。例如,在 28 个样本的分析中,模型的性能明显优于所有三个成分。当输入数据规范化时,几种机器学习算法往往性能更好。
在该协议中,使用 Box Cox 函数实现规范化。该协议使用网络期间的平均模型作为机器学习算法。但是,提供的框架可以很容易地适应其他算法,如随机林或支持向量机。
从图像材料中提取数字信息已变得至关重要。此类算法可能有助于整合大量数据,从而允许患者分层。
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该协议促进了在早期器官定植阶段预测骨转移生长的机器学习算法在实验模型中的开发。该技术将多个成像参数结合到机器学习算法中,显著优于每个单独参数的生产能力。
Early detection of bone metastases remains a critical challenge in oncology drug development, where current imaging often misses micrometastatic disease during preclinical staging. This machine learning approach integrates multimodal imaging features to improve predictive accuracy for metastatic progression, enabling earlier intervention and better model selection in preclinical studies. By identifying animals likely to develop metastases before standard imaging detection, the method supports mechanistic de-risking and improves confidence in target validation efforts.
The method fits within the discovery continuum from early target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly in bone metastasis models where early prediction informs study design.