Page 296 - 《软件学报》2021年第12期

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
Journal of Software,2021,32(12):3960−3976 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.006136] http://www.jos.org.cn
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∗
基于随机森林的宫颈鳞癌放化疗疗效预测

2,3
1,3
4
1,3
4
5
邓成龙 , 关 贝 , 刘德丰 , 刘兰祥 , 石清磊 , 王浩然 , 王永吉 1,2,3
1
(中国科学院 软件研究所 协同创新中心,北京 100190)
2 (计算机科学国家重点实验室(中国科学院 软件研究所),北京 100190)
3 (中国科学院大学,北京 100049)
4
(秦皇岛市第一医院 核磁科,河北 秦皇岛 066000)
5
(山东大学 软件学院,山东 济南 250101)
通讯作者: 王永吉, E-mail: ywang@itechs.iscas.ac.cn

摘 要: 对 IIB~IVA 期的宫颈鳞癌患者来说,放化疗治疗后肿瘤区域可能会出现完全缓解和不完全缓解的情况.
根据临床经验可知,如果放化疗后肿瘤区域不能完全缓解,那么患者的生存率很低,而且再采取手术治疗或口服靶向
药治疗等其他疗法很难有效.因此,在治疗前筛选出对放化疗不敏感的患者,转而探索个性化治疗方案很有必要.针
对上述问题,将放化疗疗效预测问题视为图像分类问题,提出一种基于随机森林算法的宫颈鳞癌放化疗疗效预测模
型,筛选出对放化疗不敏感的患者.该模型首先利用小波变换和高斯拉普拉斯算子对 3D 宫颈鳞癌 MRI(magnetic
resonance imaging)进行预处理;其次,利用 U-net 分割宫颈鳞癌 MR 图像中肿瘤区域;再次,结合 3D 宫颈鳞癌 MR 图
像和相应的肿瘤区域分割结果提取宫颈鳞癌病变区域的纹理及形状特征,并对提取的特征进行筛选,训练随机森林
模型.实验数据集由已标记的 85 位宫颈鳞癌 IIB~IVA 期患者治疗前 MR 图像序列组成.实验结果表明,基于随机森
林算法的疗效预测模型预测宫颈鳞癌放化疗疗效 AUC 值为 0.921,优于目前最先进的预测方法.
关键词: 宫颈鳞癌;放化疗疗效预测;随机森林;U-net;肿瘤特征提取
中图法分类号: TP391

中文引用格式: 邓成龙,关贝,刘德丰,刘兰祥,石清磊,王浩然,王永吉.基于随机森林的宫颈鳞癌放化疗疗效预测.软件学报,
2021,32(12):3960−3976. http://www.jos.org.cn/1000-9825/6136.htm
英文引用格式: Deng CL, Guan B, Liu DF, Liu LX, Shi QL, Wang HR, Wang YJ. Prediction of the efficacy of radiotherapy and
chemotherapy for cervical squamous cell carcinoma based on random forests. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2021,
32(12):3960−3976 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/1000-9825/6136.htm
Prediction of the Efficacy of Radiotherapy and Chemotherapy for Cervical Squamous Cell
Carcinoma Based on Random Forests
1,3
5
2,3
4
1,3
4
DENG Cheng-Long , GUAN Bei , LIU De-Feng , LIU Lan-Xiang , SHI Qing-Lei , WANG Hao-Ran ,
WANG Yong-Ji 1,2,3
1
(Collaborative Innovation Center, Institute of Software, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
2
(State Key Laboratory of Computer Science (Institute of Software, Chinese Academy of Sciences), Beijing 100190, China)
3
(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
4
(Department of Magnetic Resonance Imaging, First Hospital of Qinhuangdao, Qinhuangdao 066000, China)
5
(School of Software, Shandong University, Jinan 250101, China)
Abstract: For patients with cervical squamous cell carcinoma (SCC) of stage IIB~IVA, complete or incomplete remission may occur in
the tumor area after radiotherapy and chemotherapy. According to clinical experience, if the tumor area cannot be completely relieved
after receiving chemoradiotherapy, the patient’s survival rate is very low, and other treatments such as surgery or oral targeted drug

∗ 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB1002300, 2017YFB1002301, 2017YFB1002303)
Foundation item: National Key Research and Development Program of China (2017YFB1002300, 2017YFB1002301, 2017YFB1002303)
收稿时间: 2019-10-15; 修改时间: 2020-02-08, 2020-04-28; 采用时间: 2020-05-12