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物理学 > 计算物理

arXiv:2507.16041 (physics)
[提交于 2025年7月21日 ]

标题: 放射学和生物学放射组学特征词典:解决个性化乳腺癌中的可理解AI问题;词典版本 BM1.0

标题: Radiological and Biological Dictionary of Radiomics Features: Addressing Understandable AI Issues in Personalized Breast Cancer; Dictionary Version BM1.0

Authors:Arman Gorji, Nima Sanati, Amir Hossein Pouria, Somayeh Sadat Mehrnia, Ilker Hacihaliloglu, Arman Rahmim, Mohammad R. Salmanpour
摘要: 基于放射组学的AI模型在乳腺癌诊断中显示出前景,但通常缺乏可解释性,限制了临床应用。 本研究通过提出一种双字典框架,填补了放射组学特征(RF)与标准化BI-RADS词典之间的差距。 首先,通过文献和专家评审将56个RF映射到BI-RADS描述符(形状、边缘、内部增强),创建了一个临床知情特征解释字典(CIFID)。 该框架被应用于多机构队列1,549名患者的动态对比增强MRI数据,以分类三阴性乳腺癌(TNBC)与非TNBC。 我们使用27种特征选择方法训练了27个机器学习分类器。 SHapley Additive exPlanations(SHAP)用于解释预测并为52个额外的RF生成互补的数据驱动特征解释字典(DDFID)。 最佳模型结合方差膨胀因子(VIF)选择与Extra Trees分类器,达到了平均交叉验证准确率为0.83。 关键预测RF与临床知识一致:较高的球形度(圆形/椭圆形)和较低的繁忙度(更均匀的增强)与TNBC相关。 该框架确认了已知的影像生物标志物,并发现了新的可解释关联。 这种双字典方法(BM1.0)提高了AI模型的透明度,并支持将RFs整合到常规乳腺癌诊断和个性化护理中。
摘要: Radiomics-based AI models show promise for breast cancer diagnosis but often lack interpretability, limiting clinical adoption. This study addresses the gap between radiomic features (RF) and the standardized BI-RADS lexicon by proposing a dual-dictionary framework. First, a Clinically-Informed Feature Interpretation Dictionary (CIFID) was created by mapping 56 RFs to BI-RADS descriptors (shape, margin, internal enhancement) through literature and expert review. The framework was applied to classify triple-negative breast cancer (TNBC) versus non-TNBC using dynamic contrast-enhanced MRI from a multi-institutional cohort of 1,549 patients. We trained 27 machine learning classifiers with 27 feature selection methods. SHapley Additive exPlanations (SHAP) were used to interpret predictions and generate a complementary Data-Driven Feature Interpretation Dictionary (DDFID) for 52 additional RFs. The best model, combining Variance Inflation Factor (VIF) selection with Extra Trees Classifier, achieved an average cross-validation accuracy of 0.83. Key predictive RFs aligned with clinical knowledge: higher Sphericity (round/oval shape) and lower Busyness (more homogeneous enhancement) were associated with TNBC. The framework confirmed known imaging biomarkers and uncovered novel, interpretable associations. This dual-dictionary approach (BM1.0) enhances AI model transparency and supports the integration of RFs into routine breast cancer diagnosis and personalized care.
主题: 计算物理 (physics.comp-ph) ; 机器学习 (cs.LG)
ACM 类: F.2.2, I.2.7
引用方式: arXiv:2507.16041 [physics.comp-ph]
  (或者 arXiv:2507.16041v1 [physics.comp-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.16041
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mohammad R. Salmanpour [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 21 日 20:17:20 UTC (939 KB)
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