集中使用

基于术中脑肿瘤检测的机器学习的高光谱成像基准

RAQUEL LEON 1,+, HIMAR FABELO 2,1*,+, SAMUEL ORTEGA 3,1, INES A. CRUZ-GUERRERO 4, DANIEL ULISES CAMPOS- 3 DELGADO 4, ADAM SZOLNA 5, JUAN F. PIÑEIRO 5, CARLOS ESPINO 5, ARUMA J. O'SHANAHAN 5, MARIA 4 HERNANDEZ 5. J. Balea-fernandez 6.1，耶稣5 Morera 5，Bernardino Clavo 7.2和Gustavo M. Callic 1 6 1研究所应用微电子学研究所，拉斯帕尔马斯大学De Gran Canaria，Las Palmas de Gran Gran Gran Gran Gran Canaria，西班牙西班牙。 div>7 2加那利群岛（FICISC）的卫生研究所（FICISC），西班牙拉斯帕尔马斯·德·格兰卡纳里亚。 div>8 3 Nofima，挪威食品渔业与水产养殖研究所，挪威特罗姆斯。 div>9 4科学院，墨西哥圣路易斯·波托西自治大学。 div>10 5神经外科部，西班牙拉斯帕尔马斯·德·格兰加纳里亚的格兰加纳里亚医院的内格林大学医生。 div>11 6位于西班牙的拉斯帕尔马斯·德·格兰卡纳里亚（Las Palmas de Gran Canaria）的拉斯帕尔马斯大学（Las Palmas de Gran Canaria）心理学，社会学和社会工作系。 div>12 7研究部门，西班牙拉斯帕尔马斯·德·格兰卡纳里亚（Las Palmas de Gran Canaria）的格兰加纳里亚医院（Gran Canaria Hospital）大学医生。 div>13 *电子邮件：hfabelo@ium.ulpgc.es; +这些作者为这项工作做出了同样的贡献。 div>14 15 16摘要17脑外科手术是脑肿瘤最常见和有效的治疗方法之一。 div>然而，，神经外科医生面临着确定肿瘤边界以实现最大折磨的挑战18，同时避免了5月19日神经系统导致后遗症的正常组织损害。 div>35个脑肿瘤分为原发性和继发性转移性肿瘤。 div>高光谱（HS）成像（HSI）在不同的医学应用中显示了20个肿瘤检测的诊断工具。在这项工作中，我们通过强大的K折交叉验证方法证明了HSI与所提出的加工框架相结合，是一种有前途的术中识别术中识别和22个脑肿瘤的描述，包括原发性（高级和低级和低级）和次要肿瘤。对体内23脑数据库的分析，由来自34名不同患者的62个HS图像组成，在测试集中使用光谱和空间信息获得了24 70.2±7.9％的最高中值宏F1评分结果。在这里，我们基于机器学习25提供基准测试，以在体内脑肿瘤检测和使用高光谱成像的领域进行进一步发展，以用作26神经外科工作流程中的26实时决策支持工具。27 28在2020年，大脑和中枢神经系统（CNS）癌症是死亡率的第十二个最常见的癌症，估计有29例308,102例事件病例，全世界的性别和所有年龄1的死亡人数为251,329例。对于2040年，这些数字预计将分别增加38.5％和43.7％，分别为2040年2。在35岁以下的年轻人口中，在死亡率（31,181人死亡）的第二个最常见的癌症之后是白血病1的第二个癌症，而在14岁以下的32岁儿童中，它是发病率和死亡率的第二个最常见的癌症（在全球范围为24,388事件案例/11,889 33死亡）。49当前的术中成像引导技术有几个局限性9。，脑肿瘤占中枢神经系统癌症中发生的90％以上，与高34个死亡率和发病率有关，尤其是在儿科病例3,4中。原发性肿瘤出现在大脑中，36次次生肿瘤出现在体内其他地方，然后转移到大脑5。原发性肿瘤也根据其恶性肿瘤分为37个低级（LG）和高级（Hg）。lg肿瘤包括1年级和2年级（G1和G2），而Hg 38肿瘤对应于3年级和4年级（G3和G4），是胶质母细胞瘤（G4）最常见的（〜50％）和致命（5年生存率39率39率为5.5％，为5.5％）。最近在2021年WHO（World 40卫生组织）分类中枢神经系统肿瘤7中引入了新的阿拉伯编号。此外，脑肿瘤可以是轴内的，它们位于41个脑实质内，并由脑细胞或轴外产生，或轴外部，它们位于脑薄壁组织外，并由42个结构衬里或周围的结构（例如脑膜）8。43手术切除是原发性脑肿瘤的最常见治疗方法，尤其是对于弥漫性神经胶质瘤，因为44早期和肿瘤的总切除会提高总体生存率（例如，差异跨性星形胶质细胞瘤的5年5年生存率为50％，而寡糖瘤6）。在这个意义上，切除程度增加了所有类型的神经胶质瘤患者的存活率。46然而，为了实现最大切除术，神经外科医生需要使用47个成像引导技术9。术中MRI（IMRI）需要53此外，神经外科医生必须避免损害正常组织，这可能导致患者神经48缺陷，从而影响其生活质量（QOL）10。图像引导的立体定位（IGS）50神经措施基于术前成像，例如标准磁共振成像（MRI），T1加权51加权51 gadolinium增强（T1G），T2（T2W），T2W（T2W）或流体衰减倒入（Flair）。然而，由于颅骨切开术引起的肿瘤体积变化，IGS受到52个脑移位现象的影响。