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作者：胡明雪;王鹏;刘岩昊;谢生辉;何金龙;吴琼;高阳;
单位：内蒙古医科大学附属医院影像诊断科;
摘要：目的 通过基于多模态磁共振的栖息地局部熵值来表征成人型弥漫性胶质瘤的异质性，并开发和验证一个预测异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase, IDH）分子状态的综合模型。材料与方法 回顾性分析来自内蒙古医科大学附属医院、加州大学弗朗西斯科分校（University of Pennsylvania, UPENN）以及癌症基因图谱（The cancer genome atlas, TCGA）的数据，共计533例受试者。6种磁共振常规图像[T2、T1、T2液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）、对比增强T1 (contrastenhancedT1,T1-CE)、扩散加权成像（diffusionweightedimaging,DWI）及表观扩散系数（apparentdiffusion coefficient, ADC）]被用于进一步的图像预处理，预处理流程依次为N4偏置场校正、基于迁移模型的超分辨率重建、各向同性重采样和图像标准化。使用改进的nn-Unet自动分割肿瘤区域，然后进行了人工确认和修正。对于全病变区进行栖息地局部熵值的获取，考虑到感兴趣区的大小，使用3×3×3的矩阵进行。在这个过程中，按照整个队列进行全局图像离散化，即离散化直方图根据队列实际最大最小值进行，最后通过等间距Bin宽调整到Bin数为32。使用K-means进行基于T1-CE和T2-FLAIR匹配的栖息地生成，聚类中心的取值范围为2～5。然后获取全部模态的不同生境亚区的16个一阶特征。以UCSF公共数据库为训练集，并通过10折交叉验证进行内部验证，其余2个数据库均作为独立测试集。使用多流水线（240条基本流水线）构建机器学习模型，模型特征数量的选择和超参数的调整通过交叉验证进行。使用受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线评估模型的诊断性能，然后DeLong检验被用于对比模型差异性。模型与实际结果之间的偏差通过校准曲线可视化。采用决策曲线分析确定临床净收益。结果 聚类中心为2或3时，对应的Calinski-Harabasz分别为95 080和100 379,Silhouette系数分别为0.477和0.422,Davies-Bouldin指数分别为0.741和0.810。因聚类中心为4和5的效果欠佳，后续分析仅进行聚类2与3。三种多模态模型（全病变区、聚类2及聚类3）均显示出了良好的诊断性能（训练集AUC值范围为0.942～0.974，测试集AUC值范围为0.739～0.864）。其中，当聚类数为2时，两个独立测试集的敏感度较高（分别为95.2%和80.0%）；当聚类数为3时，两个独立测试集的特异度较高（分别为72.2%和89.2%）。三个模型的校准曲线和决策分析曲线表明了模型高且相似的预测一致性和临床适用性。结论 基于多模态MRI的栖息地局部熵值提供了成人型弥漫性胶质瘤异质性信息，局部特征和生境分析的联合应用将为非侵入性评估其他多种病理异常区域提供新的思路和方法。
关键词：胶质瘤;;基因分型;;异柠檬酸脱氢酶;;磁共振成像;;无监督分割;;影像组学;;熵
基金资助：内蒙古自治区自然科学基金项目（编号：2024MS08015）;; 内蒙古自治区首府地区公立医院高水平临床专科建设科技项目（编号：2024SGGZ066）~~
