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30.04.2024 | Research

Leveraging radiomics and machine learning to differentiate radiation necrosis from recurrence in patients with brain metastases

verfasst von: Mustafa M. Basree, Chengnan Li, Hyemin Um, Anthony H. Bui, Manlu Liu, Azam Ahmed, Pallavi Tiwari, Alan B. McMillan, Andrew M. Baschnagel

Erschienen in: Journal of Neuro-Oncology

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Abstract

Objective

Radiation necrosis (RN) can be difficult to radiographically discern from tumor progression after stereotactic radiosurgery (SRS). The objective of this study was to investigate the utility of radiomics and machine learning (ML) to differentiate RN from recurrence in patients with brain metastases treated with SRS.

Methods

Patients with brain metastases treated with SRS who developed either RN or tumor reccurence were retrospectively identified. Image preprocessing and radiomic feature extraction were performed using ANTsPy and PyRadiomics, yielding 105 features from MRI T1-weighted post-contrast (T1c), T2, and fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) images. Univariate analysis assessed significance of individual features. Multivariable analysis employed various classifiers on features identified as most discriminative through feature selection. ML models were evaluated through cross-validation, selecting the best model based on area under the receiver operating characteristic (ROC) curve (AUC). Specificity, sensitivity, and F1 score were computed.

Results

Sixty-six lesions from 55 patients were identified. On univariate analysis, 27 features from the T1c sequence were statistically significant, while no features were significant from the T2 or FLAIR sequences. For clinical variables, only immunotherapy use after SRS was significant. Multivariable analysis of features from the T1c sequence yielded an AUC of 76.2% (standard deviation [SD] ± 12.7%), with specificity and sensitivity of 75.5% (± 13.4%) and 62.3% (± 19.6%) in differentiating radionecrosis from recurrence.

Conclusions

Radiomics with ML may assist the diagnostic ability of distinguishing RN from tumor recurrence after SRS. Further work is needed to validate this in a larger multi-institutional cohort and prospectively evaluate it’s utility in patient care.
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Literatur
17.
Zurück zum Zitat Chen X, Parekh VS, Peng L, et al (2021) Multiparametric radiomic tissue signature and machine learning for distinguishing radiation necrosis from tumor progression after stereotactic radiosurgery. Neuro-Oncology Advances 3:vdab150. https://doi.org/10.1093/noajnl/vdab150 Chen X, Parekh VS, Peng L, et al (2021) Multiparametric radiomic tissue signature and machine learning for distinguishing radiation necrosis from tumor progression after stereotactic radiosurgery. Neuro-Oncology Advances 3:vdab150. https://​doi.​org/​10.​1093/​noajnl/​vdab150
Metadaten
Titel
Leveraging radiomics and machine learning to differentiate radiation necrosis from recurrence in patients with brain metastases
verfasst von
Mustafa M. Basree
Chengnan Li
Hyemin Um
Anthony H. Bui
Manlu Liu
Azam Ahmed
Pallavi Tiwari
Alan B. McMillan
Andrew M. Baschnagel
Publikationsdatum
30.04.2024
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Neuro-Oncology
Print ISSN: 0167-594X
Elektronische ISSN: 1573-7373
DOI
https://doi.org/10.1007/s11060-024-04669-4

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