智能系统学报2024,Vol.19Issue(1) :58-66.DOI:10.11992/tis.202304029

放射多组学协同学习预测鼻咽癌自适应放疗触发机制

Radioactive multi-omics collaborative learning for adaptive radiation therapy eligibility prediction in nasopharyngeal carcinoma

邱成羽 李兵 林世杰 盛嘉宝 滕信智 张将 程煜婷 张馨匀 周塔 葛红 张远鹏 蔡璟
智能系统学报2024,Vol.19Issue(1) :58-66.DOI:10.11992/tis.202304029

放射多组学协同学习预测鼻咽癌自适应放疗触发机制

Radioactive multi-omics collaborative learning for adaptive radiation therapy eligibility prediction in nasopharyngeal carcinoma

邱成羽 1李兵 2林世杰 3盛嘉宝 4滕信智 4张将 4程煜婷 5张馨匀 5周塔 6葛红 7张远鹏 8蔡璟6
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作者信息

  • 1. 香港理工大学 健康科技与资讯学系, 香港 999077;南通大学 医学信息学系, 江苏 南通 226019
  • 2. 郑州大学附属肿瘤医院, 河南 郑州 450008;香港理工大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
  • 3. 香港理工大学 生物医学工程学系, 香港 999077
  • 4. 香港理工大学 健康科技与资讯学系, 香港 999077
  • 5. 南通大学 医学信息学系, 江苏 南通 226019
  • 6. 香港理工大学 健康科技与资讯学系, 香港 999077;香港理工大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
  • 7. 郑州大学附属肿瘤医院, 河南 郑州 450008
  • 8. 香港理工大学 健康科技与资讯学系, 香港 999077;南通大学 医学信息学系, 江苏 南通 226019;香港理工大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
  • 折叠

摘要

针对传统的放射多组学(影像组学、剂量组学和轮廓组学)模型往往采用特征拼接的方式,容易忽略不同组学特定统计属性、产生过拟合的问题,提出了以一致性约束和自适应权重为核心构建的多组学协同学习算法(multi-omics collaborative learning,MOCL).该算法采用一致性约束挖掘不同组学特征之间的互补模式,再通过香农熵自适应学习不同组学特征的权重,最后引入紧致度图来避免过拟合现象.通过将MOCL在311名鼻咽癌患者组成的临床影像数据上得到的实验结果与 3 种传统的机器学习算法以及 2 种多视角算法进行比较,结果表明MOCL在多组学协同学习上,具有一定的优势,能为鼻咽癌自适应放疗资格预测提供有价值的决策依据.

Abstract

Traditional radiation omics models,including radiomics,dosiomics,and contouromics,typically adopt fea-ture splicing,which tends to ignore the specific statistical attributes of different omics and therefore leads to overfitting.A multi-omics collaborative learning(MOCL)algorithm focused on consistency constraints and adaptive weights was proposed in the study to address this problem.The MOCL algorithm employs consistency constraints to explore comple-mentary patterns among heterogeneous omics features and adaptively learns their weights using Shannon entropy while avoiding overfitting through compactness mapping.An experiment was conducted on the clinical imaging data of 311 patients with nasopharyngeal carcinoma using MOCL.The experimental result is compared with three traditional ma-chine learning algorithms and two multiperspective algorithms.The results demonstrate that MOCL has certain advant-ages in collaborative learning of multi-omics and can provide a valuable prediction basis for adaptive radiotherapy quali-fication in the case of nasopharyngeal carcinoma.

关键词

数据融合/机器学习/特征提取/特征选择/预测/图像分析/自适应算法/鼻咽癌/多组学

Key words

data fusion/machine learning/feature extraction/feature selection/forecasting/image analysis/adaptive al-gorithms/nasopharyngeal carcinoma/multi-omic

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基金项目

国家自然科学基金(82072019)

深圳市科创委深圳市基础研究计划(JCYJ20210324130209023)

深圳-香港-澳门科技计划(C类)(SGDX20201103095002019)

江苏省自然科学基金(BK20201441)

河南省医学科学技术研究省部共建项目(SBGJ202103038)

河南省医学科学技术研究省部共建项目(SBGJ202102056)

河南省重点研发与推广项目(科学技术研究)(222102310015)

河南省自然科学基金(222300420575)

河南省自然科学基金(232300420231)

河南省科学技术研究项目(222102310322)

出版年

2024
智能系统学报
中国人工智能学会 哈尔滨工程大学

智能系统学报

CSTPCD北大核心
影响因子:0.672
ISSN:1673-4785
参考文献量25
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