2D and 3D tumor features are widely used in a variety of medical image analysis tasks. However, for chemotherapy response prediction, the effectiveness between different kinds of 2D and 3D features are not comprehensively assessed, especially in ovarian cancer-related applications. This investigation aims to accomplish such a comprehensive evaluation. For this purpose, CT images were collected retrospectively from 188 advanced-stage ovarian cancer patients. All the metastatic tumors that occurred in each patient were segmented and then processed by a set of six filters. Next, three categories of features, namely geometric, density, and texture features, were calculated from both the filtered results and the original segmented tumors, generating a total of 1595 and 1403 features for the 3D and 2D tumors, respectively. In addition to the conventional single-slice 2D and full-volume 3D tumor features, we also computed the incomplete-3D tumor features, which were achieved by sequentially adding one individual CT slice and calculating the corresponding features. Support vector machine (SVM) based prediction models were developed and optimized for each feature set. 5-fold cross-validation was used to assess the performance of each individual model. The results show that the 2D feature-based model achieved an AUC (area under the ROC curve [receiver operating characteristic]) of 0.84+-0.02. When adding more slices, the AUC first increased to reach the maximum and then gradually decreased to 0.86+-0.02. The maximum AUC was yielded when adding two adjacent slices, with a value of 0.91+-0.01. This initial result provides meaningful information for optimizing machine learning-based decision-making support tools in the future.


翻译:2D和3D肿瘤特征广泛应用于各种医学图像分析任务中。然而,在预测化疗反应方面,不同种类的2D和3D特征之间的有效性尤其在与卵巢癌相关的应用程序中还没有得到全面评估。该研究旨在完成这样的全面评估。为此,回顾性地收集了188个晚期卵巢癌患者的CT影像。分段所有在每个患者中出现的转移性肿瘤,然后通过一组六个滤波器进行处理。然后,从过滤的结果和原始分割的肿瘤中计算了三类特征,即几何、密度和纹理特征,分别生成了3D和2D肿瘤的1595个和1403个特征。除了常规的单层2D和全容积3D肿瘤特征外,我们还计算了3D不完整肿瘤特征,这是通过按顺序添加一个单独的CT层并计算相应的特征来实现的。针对每个特征集,开发和优化了基于支持向量机(SVM)的预测模型。使用5倍交叉验证来评估每个单独模型的性能。结果表明,基于2D特征的模型达到了0.84+-0.02的AUC(受试者工作特征曲线下面积)。当添加更多的CT层时,AUC首先增加到达最大值,然后逐渐降低到0.86+-0.02。添加两个相邻的层时,获得了最大的AUC值,为0.91+-0.01。这个初步的结果为未来优化基于机器学习的决策支持工具提供了有意义的信息。

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