We propose a method for extracting physics-based biomarkers from a single multiparametric Magnetic Resonance Imaging (mpMRI) scan bearing a glioma tumor. We account for mass effect, the deformation of brain parenchyma due to the growing tumor, which on its own is an important radiographic feature but its automatic quantification remains an open problem. In particular, we calibrate a partial differential equation (PDE) tumor growth model that captures mass effect, parameterized by a single scalar parameter, tumor proliferation, migration, while localizing the tumor initiation site. The single-scan calibration problem is severely ill-posed because the precancerous, healthy, brain anatomy is unknown. To address the ill-posedness, we introduce an ensemble inversion scheme that uses a number of normal subject brain templates as proxies for the healthy precancer subject anatomy. We verify our solver on a synthetic dataset and perform a retrospective analysis on a clinical dataset of 216 glioblastoma (GBM) patients. We analyze the reconstructions using our calibrated biophysical model and demonstrate that our solver provides both global and local quantitative measures of tumor biophysics and mass effect. We further highlight the improved performance in model calibration through the inclusion of mass effect in tumor growth models -- including mass effect in the model leads to 10% increase in average dice coefficients for patients with significant mass effect. We further evaluate our model by introducing novel biophysics-based features and using them for survival analysis. Our preliminary analysis suggests that including such features can improve patient stratification and survival prediction.


翻译:我们建议了一种方法,从具有显微瘤肿瘤的单一多参数磁共振成像(mpMRI)扫描中提取以物理为基础的生物标志,我们提出一种方法,从具有显微瘤肿瘤的单一多参数磁共振成像(mpMRI)扫描中提取以物理为基础的生物标志。我们考虑到质量效应,即由于肿瘤的生长而导致脑神经畸形,而肿瘤本身是一个重要的放射特征,但是其自动量化仍然是一个尚未解决的问题。特别是,我们校准了一个部分差异方程(PDE)肿瘤生长模型,该模型捕捉到质量效应,由单一的星标参数、肿瘤扩散、迁移参数作为参数参数,同时将肿瘤启动点点定位点定位。单扫描质量问题非常糟糕,因为先导、健康、大脑解剖作用未知。为了解决肿瘤问题,我们引入了一个共同的大脑变异性初步分析,我们引入了一些正常的大脑模板,作为健康前癌症肿瘤的代言的代言。我们在合成数据集模型上验证了我们的解析模型,对216个显微细胞(GBM)病人的临床数据集进行追溯分析。我们利用初步的重建,包括了我们生物级模型和定量模型的模型,通过生物校正模型进行质量模型和定量分析,从而通过生物校正的校正的校正的校正的校正的校正的校正结果提供了了我们的大规模的校正结果的校正的校正的校正的校正的校正的校正结果的校正的校正结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

MASS:IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems。 Explanation:移动Ad hoc和传感器系统IEEE国际会议。 Publisher:IEEE。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/mass/index.html
专知会员服务
79+阅读 · 2021年7月31日
专知会员服务
56+阅读 · 2021年4月12日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
124+阅读 · 2020年11月20日
迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年8月4日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】基于运动估计的激光雷达和相机标定方法
泡泡机器人SLAM
25+阅读 · 2019年1月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
CCF B类期刊IPM专刊截稿信息1条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年10月11日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
视频超分辨 Detail-revealing Deep Video Super-resolution 论文笔记
统计学习与视觉计算组
17+阅读 · 2018年3月16日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月11日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月9日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月5日
Arxiv
8+阅读 · 2021年7月15日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
79+阅读 · 2021年7月31日
专知会员服务
56+阅读 · 2021年4月12日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
124+阅读 · 2020年11月20日
迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年8月4日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】基于运动估计的激光雷达和相机标定方法
泡泡机器人SLAM
25+阅读 · 2019年1月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
CCF B类期刊IPM专刊截稿信息1条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年10月11日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
视频超分辨 Detail-revealing Deep Video Super-resolution 论文笔记
统计学习与视觉计算组
17+阅读 · 2018年3月16日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员