Multimodal MR-PET Machine Learning Approaches for Primary Prostate Cancer Characterization
用于原发性前列腺癌表征的多模态 MR-PET 机器学习方法
基本信息
- 批准号:10358651
- 负责人:
- 金额:$ 68.22万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-02-21 至 2024-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAffectAlgorithmsAnatomyBiologicalBiopsyCancer Death RatesCancer PatientClassificationComputer softwareDataData SetDevicesDiagnosisDiagnosticDiscriminationDiseaseEarly DiagnosisEarly treatmentFOLH1 geneGoldGuidelinesHandHistopathologyHybridsImageIndividualInterobserver VariabilityKineticsLesionLife ExpectancyLigandsMachine LearningMagnetic Resonance ImagingMalignant NeoplasmsMalignant neoplasm of prostateMapsMeasurementMeta-AnalysisMetabolicMethodologyMethodsModalityModelingMorphologyPSA levelPatient SelectionPatientsPelvisPerformancePhenotypePhysiologicalPositron-Emission TomographyProstateQuality of lifeRadical ProstatectomyReproducibilityRiskScanningSourceTestingTimeTranslationsWorkanticancer researchattenuationbasebone imagingcancer classificationcancer imagingclinical applicationclinically relevantclinically significantdata acquisitiondeep learningdiagnostic accuracyhuman subjectimaging modalityimprovedindustry partnermachine learning modelmenmultimodal datamultimodalitynew technologynon-invasive imagingradiologistradiomicsradiotracertooltransmission processtumor
项目摘要
Project Summary
Prostate cancer (PCa) is the most diagnosed form of non-cutaneous cancer in US men. The selection of
patients who require immediate treatment from those suitable for active surveillance currently relies on non-
specific and inaccurate measurements. A method that allows clinicians to more confidently discriminate
clinically relevant from non-life-threatening tumors is needed to improve patient management. Multiparametric
magnetic resonance imaging (mpMRI) is the preferred non-invasive imaging modality for characterizing
primary PCa. However, its accuracy for detecting clinically significant PCa is variable. We propose to address
this limitation by combining mpMRI with positron emission tomography (PET) with a PCa-specific radiotracer
and using advanced multimodal machine learning models (i.e. radiomics and deep learning) to characterize
tumor aggressiveness based on the imaging data. Recently, scanners capable of simultaneous PET and MR
data acquisition in human subjects have become commercially available. An integrated MR-PET scanner is the
ideal tool for comparing MR and PET derived image features to identify those that provide complementary
information and build a hybrid PET-mpMRI model that most accurately identifies clinically significant tumors.
While this novel technology allows the acquisition of perfectly coregistered complementary anatomical,
functional and metabolic data in a single imaging session, a new challenge needs to first be addressed to
obtain quantitatively accurate PET data. In an integrated MR-PET scanner, the information needed for PET
attenuation correction (AC) has to be derived from the MR data and the methods currently available for this
task are inadequate for advanced quantitative studies. We have formed an academic-industrial partnership to
accelerate the translation of multimodal MR-PET machine learning approaches into PCa research and clinical
applications by addressing the AC challenge and validating machine learning models for detecting clinically
significant disease against gold standard histopathology in patients undergoing radical prostatectomy.
Specifically, we will: (1) Develop and validate an MR-based approach for obtaining quantitatively accurate PET
data. We hypothesize that attenuation maps as accurate as those obtained using a 511 keV transmission
source – the true gold standard for PET AC – will be obtained; (2) Identify the multimodal radiomics model that
most accurately predicts PCa aggressiveness. We hypothesize that the diagnostic accuracy of this approach
will be superior to that offered by the stand-alone modalities; (3) Evaluate radiomics and deep learning
approaches for predicting pPCa aggressiveness. We hypothesize that machine learning approaches will
achieve a higher predictive accuracy when applied to data acquired simultaneously than sequentially.
项目概要
前列腺癌(PCa)是美国男性中诊断最多的非皮肤癌。
需要立即接受适合主动监测的治疗的患者目前依赖于非
一种可以让忠诚者更加自信地进行区分的方法。
需要与非危及生命的肿瘤具有临床相关性来改善患者管理。
磁共振成像 (mpMRI) 是表征特征的首选非侵入性成像方式
然而,其检测具有临床意义的 PCa 的准确性是可变的。
通过将 mpMRI 与正电子发射断层扫描 (PET) 和 PCa 特异性放射性示踪剂相结合来克服这一限制
并使用先进的多模态机器学习模型(即放射组学和深度学习)来表征
基于成像数据的肿瘤侵袭性 最近,扫描仪能够同时进行 PET 和 MR。
集成 MR-PET 扫描仪已在人类受试者中进行数据采集。
比较 MR 和 PET 衍生图像特征以识别那些提供互补的图像特征的理想工具
信息并建立混合 PET-mpMRI 模型,最准确地识别具有临床意义的肿瘤。
虽然这项新技术可以获取完美配准的互补解剖结构,
在一次成像过程中获得功能和代谢数据,首先需要解决一个新的挑战
在集成 MR-PET 扫描仪中获得定量准确的 PET 数据。
衰减校正 (AC) 必须从 MR 数据和当前可用的方法中得出
任务不足以进行高级定量研究。我们已经建立了学术与工业合作伙伴关系。
加速将多模态 MR-PET 机器学习方法转化为 PCa 研究和临床
通过解决 AC 挑战并验证用于临床检测的机器学习模型来应用
在接受根治性前列腺切除术的患者中,存在与金标准组织病理学不符的显着疾病。
具体来说,我们将: (1) 开发并验证基于 MR 的方法,以获得定量准确的 PET
我们捕获的衰减图与使用 511 keV 传输获得的衰减图一样准确。
来源——PET AC 的真正黄金标准——将获得;(2) 确定多模态放射组学模型
我们发现这种方法的诊断准确性最高。
(3) 评估放射组学和深度学习
我们发现机器学习方法将预测 pPCa 的攻击性。
当应用于同时获取的数据时,比顺序获取的数据获得更高的预测精度。
项目成果
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