Interpretable machine learning model based on CT semantic features and radiomics features to preoperatively predict Ki-67 expression in gastrointestinal stromal tumors

主旨 接收机工作特性 组内相关 医学 人工智能 支持向量机 无线电技术 试验装置 间质细胞 特征选择 放射科 机器学习 计算机科学 病理 内科学 心理测量学 临床心理学
作者
Yating Wang,Genji Bai,Yan Liu,Min Huang,Wei Chen,Fangdong Wang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1038/s41598-024-80978-y
摘要

To develop and validate a machine learning (ML) model which combined computed tomography (CT) semantic and radiomics features to preoperatively predict Ki-67 expression in gastrointestinal stromal tumors (GISTs) patients. We retrospectively collected the clinical, imaging and pathological data of 149 GISTs patients. We randomly assigned the patients in a ratio of 7:3 to a training set (104 cases) and a validation (45 cases) set. We divided the patients into low and high Ki-67 expression group according to postoperative pathology. CT semantic features were analyzed from preoperative enhancement CT images and radiomics features were extracted from venous phase-enhanced images. We used intraclass correlation coefficient, maximal relevance and minimal redundancy and least absolute shrinkage and selection operator method to screen radiomics features and build radiomics label. 6 ML models were used for model construction. Receiver operating characteristic curves were used to evaluate the predictive efficiency of ML models. SHAP analysis was used to explain the contribution of different variables and their risk threshold. AUC of radscores in predicting Ki-67 expression of GIST patients were 0.749 and 0.729 in training and validation set. Among the 6 ML models, SVM exhibited best prediction accuracy. AUC of SVM model in predicting Ki-67 expression of GIST patients were 0.840, 0.767 and 0.832 in training, validation and test set. SHAP analysis showed that radscores and tumor diameter had highly positive contribution to the model. Therefore, the interpretable SVM model can predict Ki-67 expression of GISTs patients individually before surgery, which can provide reliable imaging biomarkers for clinical treatment decisions.
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