文摘
介绍。Radiomics可以通过捕捉和分析潜在的成像生物标志物特征。儿童和青少年与冠心病严重神经发育和功能结果与同行相比。早期诊断和干预的必要性是改善冠心病患者的神经系统的结果。方法。学龄TOF病人和健康的同行参与了MRI和神经发育评估。套索回归用于降维。ROC曲线图形显示的性能模型。结果。6相关功能终于选择建模。最终的模型AUC是0.750。radiomics特性可以为神经发育诊断潜在的重要预测因子。结论。常规MRI上的radiomics可以帮助预测学龄儿童的神经发育,为父母提供康复建议尽早。
1。介绍
Radiomics,医学图像的快速新兴领域,可以通过捕获和分析潜在的成像生物标志物特征,如形状和异质性(1]。Radiomics特性随着人口,组织学,基因组和蛋白质组数据可以发现和解决大量的临床问题2]。Radiomics关注表型签名在神经学和神经精神障碍3),可以帮助大脑肿瘤和非肿瘤的疾病的诊断。神经肿瘤学学会举办的欧洲协会的指导方针(EANO)增加了radiogenomics成人神经胶质瘤的诊断和治疗(4]。此外,最近的一项研究表明,患有注意缺陷多动障碍(ADHD)可以通过大脑健康受试者分开radiomics-based分类模型(5]。早产儿的研究也表明,纹理分析深髓静脉(汽车登记处)susceptibility-weighted成像(瑞士)可能用于鉴别缺血性损伤(6]。变化,然而,很少有研究解决大脑radiomics先天性心脏病(CHD)儿童的神经发育越来越关注最近[7,8]。
儿童和青少年与冠心病严重神经发育和功能结果与同龄人相比,虽然病人的生命支持和手术技术的发展导致了更高水平的总生存期(9]。特别是儿童复杂冠心病脆弱的神经障碍(10]。除了许多婴儿大脑发育延迟与冠心病、脑损伤等降低脑血流量(缺血)和包括(点状的)白质损伤,脑栓塞室,和中风总是报道(11]。与此同时,这些冠心病患者常常有困难与社会认知和执行能力,而他们的神经发育量表在早期(在正常范围10,12,13]。因此,早期诊断和干预的必要性改善冠心病患者的神经系统的结果。
过去一个世纪以来,研究者们试图找到区别冠心病患者和健康的同龄群体由核磁共振(14,15]。起初,结果证实了脑损伤患者手术后(16]。研究报道,然后大脑结构异常出现在手术治疗(17,18]。不仅如此,更多的研究集中在MRI的预测技术对神经发育的结果或相关的影响他们发表在最近的十年19- - - - - -26]。
然而,重要的是要意识到,问题是,这些结果依赖于特定的成像技术。值得思考的是如何预测学龄儿童的神经发育和功能以及如何为父母提供康复建议尽早。
2。材料和方法
2.1。登记病人
本研究研究伦理委员会批准执行的南京医科大学儿童医院按照道德规范的赫尔辛基宣言涉及人类的实验。在处理所有的数据都是匿名的。从2015年11月到2016年6月,我们招募了9学龄TOF来自南京医科大学儿童医院的病人接受矫正手术之前。九名健康对照匹配TOF病人的年龄,性别,和教育。所有参与者都不诊断为遗传性综合征或中枢神经系统疾病,和知情同意收购的孩子和孩子的法定监护人。他们都没有MRI的禁忌症。
2.2。核磁共振数据采集和预处理
核磁共振数据从所有参与者获得使用1.5 T MRI机器(西门子Magnetom Avanto,埃朗根,德国)与标准12-channel头线圈。t1加权磁共振成像数据得到使用以下参数: , , , ,和 。
扫描时间为6分钟。所有参与者被海绵插头和阻止扫描噪声要求静静地躺着闭着眼睛,避免思考。在扫描期间,与泡沫填充的课题做好,减少运动构件。
最初的DICOM数据转换为使用MRIcron NIfTI文件格式的格式(https://www.nitrc.org/projects/mricron)。这个修改是使用以下步骤来完成(7]:(1)删除数据前10的时间点,(2)修正片时间,(3)纠正头部动作和排斥的情况下磁头移动超过1毫米的翻译或1°的旋转 , ,或轴,(4)空间注册和线性趋势分离,(5)低频滤波(0.01 - -0.08赫兹)和(6)半峰 。
2.3。Radiomics特征提取和选择
我们选择感兴趣的区域(ROI)在所有病人的大脑使用3 d切片机(版本4.8.0;http://www.slicer.org)。的特征提取进行开源Pyradiomics包(http://www.radiomics.io/pyradiomics.html)。T1WI [27),851年radiomics特性(75年18阶特性,14日shape-based特性,结构特性,和744年transform-based特性)从每个ROI提取。绝对最小的收缩和选择操作符(套索)逻辑回归算法,用惩罚参数优化进行了10倍交叉验证,用于选择CHD-related特性。这个过程的工作流图所示1。
2.4。神经发育的结果和临床因素的选择
儿童的神经发育能力进行评估由孩子汉语韦氏智力量表修订版(WISC-CR)。WISC-CR,普遍接受的使用在这个人口(28),是由6语言和6性能分量表。全面的智商(FSIQ)来源于言语智商(VIQ)和性能智商(PIQ)计算了这12个领域。收集临床变量包括诞生历史从电子医疗记录。
2.5。统计分析
描述的受试者的临床特征 。这两个示例 - - - - - -测试和非参数Mann-Whitney测试( )被认为是重要的,当 在降维过程。的测试是用来比较组之间的性分布。套索最后进行了线性回归模型。建立模型的诊断性能被接收器评估算子特征(ROC)曲线。
以上分析SPSS(26日版https://www.ibm.com/analytics/spss-statistics-software4.1.0)或R软件(版本,http://www.r-project.org)。
3所示。结果
3.1。特点和神经发育的结果
TOF的人口学特征和智力分数和HC组如表所示1。无显著差异在年龄、性别、教育或几年。虽然意味着FSIQ这些TOF患儿智力正常的范围内,它是低于平均FSIQ HC组和统计学意义的差异。表2显示了TOF患者的临床特点及神经发育评估。同样,没有显著差异在年龄、性别、教育或几年。
3.2。Radiomics分析
851中提取特征,393的特性(15阶特性,8 shape-based特性,28结构特性,和342年transform-based特性)与高重现性(图被选为后续分析2)。6相关特性见表3终于选定了。
(一)
(b)
3.3。建立模型的性能和验证
起初,包括所有选中的功能逻辑回归模型导致过度拟合。为每个特性进行了单独的回归。所有六个特性显示高信心distinguishment的ROC分析。使用斯皮尔曼相关相关性计算。没有观察到显著的相关性与wavelet-HHH一阶偏态(图3)。
(一)
(b)
接下来,两个特性与零系数包括新的逻辑回归模型。两个模型都显示过度拟合。两个没有统计学意义。其他的预测效果如图4和表4。
最后,wavelet-HHH一阶偏态和原来的一阶四分位范围包括最终的模型。FSIQ的AUC值大于或等于100年基于radiomics 0.75(图5)。
4所示。讨论
这是第一个使用radiomics探讨MRI与冠心病和预测儿童的神经发育的结果。
MRI是一种有效的方法来识别大脑区域在一些群早产的孩子29日- - - - - -31日]。也是最有效的工具之一,临床医生和研究人员评估大脑发育(32,33]。大约一半的孩子与冠心病有异常MRI术前(34- - - - - -37),他们中的大多数已报告任何异常新生儿MRI表现(38]。此外,轻度缺血性病变显示在磁共振成像在新生儿时期手术后完全消失了4到6个月(16]。然而,越来越多的研究证实,青少年和成年人遭受频繁的神经发育的挑战,包括认知、电机、语言、心理、社会、和沟通障碍(13,23,39,40]。专家询问大脑异常和功能之间的关系,如脑容量(41,42),半球沟的模式(43- - - - - -45),和白质微结构。
值得注意的是,一些早产的孩子没有脑瘫正常扫描被观察到不良电机状况(46]。对于这些特殊的孩子,先前的一项研究发现,radiomics方法预测可怜的精神运动结果的校正年龄12个月(27),这表明radiomics预测价值有重大影响的神经发育评估。
先前的研究表明,一些结构性大脑异常如焦点和多焦点的病变(23),白质损伤,脑容量减少,和薄皮层可以被T1WI。与现代成像技术和应用的飞速发展,各种新的图像序列(天赋(液体衰减反转恢复),瑞士,DTI(弥散张量成像),fsMRI(快速磁共振成像),醉酒驾车(diffusion-weighted成像),DKI(扩散峰度成像),预警指示器(灌注成像),(磁共振光谱学)夫人,DCE -(动态对比度增强)先生,和BLOD-fMRI(血氧level-dependent-functional磁共振成像))对冠心病患者有效的无创性诊断测试(7,44]。然而,这些新的图像序列所需的高成本,高端设备,和特定的专业人士;和神经影像仍无法准确地预测儿童的神经发育影响冠心病。深入分析传统MRI似乎更经济和更广泛的适用性。
在这项研究中,我们选择了radiomics生物标志物从全脑MRI儿童由于缺乏一个公认的面具。相反的诊断成像,分析radiomics严重影响自动描绘roi的面具(47,48]。我们贸易的大脑区域的分配来实现更高的一致性在其问题域。然而,描述的轮廓的大脑区域对调查潜在的发病机制有一定的影响。
考虑到极限情况下,我们选择了统计学意义radiomics特性TOF患者和健康之间的控制降维。较小的群体大小造成过度拟合模型中由二元逻辑回归分析。许多主要功能更多有关如果从wavelet-transformed获得图像49]。
如图所示在其他研究中,TOF患者通常测试低正常智商(IQ)。他们中的大多数没有诊断为智力障碍的神经心理测试(43,50]。这与我们的结果同意。然而,一些研究人员曾发现患者低正常智商有更高的可能性发展神经发育异常(51- - - - - -53]。考虑这些当前研究和临床现实,我们首选的截止100年而不是80年FSIQ。在特征的选择,数据的健康控制申请初级筛选是由于丰富的radiomics特性和小样本大小与往常相比的。
额外的研究是需要找到更多的成像生物标志物和radiomics证据。为了生物标记转化为临床实践,严格技术、生物和临床验证是必要的(49]。新的指导方针和标准设定的欧洲成像生物标志物联盟(EIBALL)和定量成像生物标志物联盟(QIBA),包含过程的标准化情况,磁共振成像协议、特征提取等(1,2),尽管它是建立神经肿瘤学学会举办的,所以如神经影像。
本研究有很多的局限性。首先,数量有限的情况下在这项研究中我们分析防止强大的信心。Radiomics数据可开采的,通常依赖于足够大的数据集。考虑到罕见疾病实体,有适当的情况下提供初步筛选工作和整体建模。第二,MRI是用来预测未来的大多数研究针对冠心病患者的神经系统发育。我们没有与这些参与者定期电话或邮件联系。在其他研究中,我们将尝试询问常规MRI对神经发育后期的预测。最后,我们的模型尚未外部验证,因此,模型的普遍性和其他人口仍然未知。大多数已发表的研究在radiomics有相同的缺点1]。
5。结论
常规MRI上的radiomics可以帮助预测学龄儿童的神经发育,为父母提供康复建议尽早。此外,radiomics签名可以作为一个独立的预后因素诊断大脑发展的障碍。
数据可用性
所有的原始数据可以通过联系相应的作者在需要访问。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
以Pu、Songmei李,思玉马同样促成了本研究,应当被视为共同第一作者。
确认
我们要感谢中国国家自然科学基金的资助(81970265),省、部联合开发的临床医学研究中心培养计划(2019060007),江苏委员会卫生项目(LGY2019009)和南京科技国际联合医学研究项目(202002055)。