


国际肿瘤学杂志››2025,Vol. 52››Issue (1): 31-37.doi:10.3760/cma.j.cn371439-20240806-00004
收稿日期:2024-08-06修回日期:2024-12-13出版日期:2025-01-08发布日期:2025-01-21通讯作者:荣枫 E-mail:wazhl1996@163.com基金资助:
Gao Wei, Zhang Ling, Wu Tianlei, Hu Lili, Rong Feng(
)
Received:2024-08-06Revised:2024-12-13Online:2025-01-08Published:2025-01-21Contact:Rong Feng E-mail:wazhl1996@163.comSupported by:
摘要:
目的基于机器学习(ML)算法构建食管癌患者同步放化疗(CRT)过程中发生≥2级放射性食管炎(RE)的预测模型。方法回顾性分析2018年1月至2023年1月在安徽医科大学附属六安医院接受CRT的276例食管癌患者的临床资料,根据美国放射肿瘤治疗协作组RE分级标准评估是否发生RE,以发生≥2级RE为结局事件。通过最小绝对值收敛和选择算子(LASSO)回归筛选变量后重新建立数据集,将数据集以7∶3的比例分为训练集(n=193)及测试集(n=83),纳入到随机森林(RF)、决策树(DT)、极端梯度提升(XGboost)、支持向量机(SVM)4种ML模型中。在训练集中进行数据训练、模型优化,测试集用于受试者操作特征(ROC)曲线评价模型效果,计算曲线下面积(AUC)、精确度、准确度、敏感性、F1分数对模型进行评估,使用SHAP分析解释最优模型。结果至随访结束,91例(32.97%)食管癌患者在CRT期间发生≥2级RE。≥2级RE发生组(n=91)与未发生组(n=185)患者肿瘤病灶长径(Z=-5.53,P<0.001)、Karnofsky功能状态(KPS)评分(χ²=5.92,P=0.015)、美国东部肿瘤协作组(ECOG)评分(χ²=4.01,P=0.045)、高血压(χ²=15.35,P<0.001)、糖尿病(χ²=13.06,P<0.001)、白细胞计数(Z=-6.59,P<0.001)、中性粒细胞计数(Z=-6.72,P<0.001)、放疗剂量(χ²=9.81,P=0.002)差异均具有统计学意义。经过LASSO回归筛选最终选择出7个特征变量,分别为肿瘤病灶长径、ECOG评分、KPS评分、中性粒细胞计数、高血压、糖尿病、放疗剂量。ROC曲线分析显示,XGBoost模型预测性能较好,其AUC为0.90、准确度为0.82、精确度为0.80、敏感性为0.73、FI分数为0.76,RF模型AUC为0.89、准确度为0.78、精确度为0.76、敏感性为0.48、FI分数为0.59,DT模型AUC为0.72、准确度为0.72、精确度为0.44、敏感性为0.60、FI分数为0.52,SVM模型AUC为0.74、准确度为0.82、精确度为0.52、敏感性为0.88、FI分数为0.65。通过SHAP分析对XGBoost模型进行解释,其中肿瘤病灶长径、中性粒细胞计数、高血压、糖尿病、放疗剂量对食管癌患者CRT期间发生≥2级RE预测能力较强。结论基于XGBoost算法建立的模型对食管癌患者CRT期间发生≥2级RE具有较好的预测效能,同时与SHAP分析相结合,可以直观地了解模型中重要特征对结局的影响。
高威, 张玲, 吴田磊, 胡丽丽, 荣枫. 基于机器学习构建食管癌患者放射性食管炎预测模型[J]. 国际肿瘤学杂志, 2025, 52(1): 31-37.
Gao Wei, Zhang Ling, Wu Tianlei, Hu Lili, Rong Feng. A predictive model for radiation esophagitis in esophageal cancer patients based on machine learning[J]. Journal of International Oncology, 2025, 52(1): 31-37.
表1
接受CRT治疗食管癌患者发生与未发生≥2级RE临床特征比较[例(%)/M(Q1,Q3)/ $\bar{x}±s$]"
| 临床特征 | 未发生组(n=185) | 发生组(n=91) | χ²/Z/t值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 性别 | ||||
| 女 | 40(21.62) | 20(21.98) | 0.01 | 0.946 |
| 男 | 145(78.38) | 71(78.02) | ||
| 食管病变部位 | ||||
| 上段 | 31(16.76) | 23(25.27) | ||
| 中段 | 123(66.49) | 52(57.14) | 3.13 | 0.209 |
| 下段 | 31(16.76) | 16(17.58) | ||
| 年龄 | 73(67,79) | 71(66,77) | -1.57 | 0.117 |
| 肿瘤病灶长径(cm) | 5(3,6) | 6(5,6) | -5.53 | <0.001 |
| 临床分期 | ||||
| Ⅰ~Ⅱ期 | 65(35.14) | 26(28.57) | 1.19 | 0.276 |
| Ⅲ~ⅣA期 | 120(64.86) | 65(71.43) | ||
| KPS评分(分) | ||||
| <90 | 83(44.86) | 55(60.44) | 5.92 | 0.015 |
| ≥90 | 102(55.14) | 36(39.56) | ||
| ECOG评分(分) | ||||
| 0 | 105(56.76) | 40(43.96) | 4.01 | 0.045 |
| 1 | 80(43.24) | 51(56.04) | ||
| 白蛋白(g/L) | 39.8(37.0,43.5) | 40.4(37.1,42.9) | -0.13 | 0.895 |
| 血红蛋白(g/L) | 116(103,129) | 114(103,128) | -0.73 | 0.463 |
| 肌酐(μmol/L) | 71(61,85) | 69(58,80) | -1.24 | 0.216 |
| 胆固醇(mmol/L) | 4.52±1.03 | 4.49±1.02 | 1.03 | 0.305 |
| 甘油三酯(mmol/L) | 1.04(0.79,1.36) | 1.05(0.82,1.39) | -0.31 | 0.754 |
| 白细胞计数(109/L) | 6.02(4.92,7.15) | 4.23(3.51,5.99) | -6.59 | <0.001 |
| 淋巴细胞计数(109/L) | 1.40(0.99,1.75) | 1.27(1.00,1.65) | -0.91 | 0.364 |
| 中性粒细胞计数(109/L) | 4.16(3.24,5.05) | 2.40(1.58,3.80) | -6.72 | <0.001 |
| 血小板计数(109/L) | 185.0(147.5,232.5) | 185.0(148.0,227.0) | -0.61 | 0.541 |
| 高血压 | ||||
| 无 | 152(82.16) | 55(60.44) | 15.35 | <0.001 |
| 有 | 33(17.84) | 36(39.56) | ||
| 脑梗死 | ||||
| 无 | 175(94.59) | 85(93.41) | 0.16 | 0.691 |
| 有 | 10(5.41) | 6(6.59) | ||
| 糖尿病 | ||||
| 无 | 160(86.49) | 62(68.13) | 13.06 | <0.001 |
| 有 | 25(13.51) | 29(31.87) | ||
| 吸烟 | ||||
| 否 | 103(55.68) | 48(52.75) | 0.21 | 0.646 |
| 是 | 82(44.32) | 43(47.25) | ||
| 饮酒 | ||||
| 否 | 113(61.08) | 53(58.24) | 0.20 | 0.651 |
| 是 | 72(38.92) | 38(41.76) | ||
| 化疗方式 | ||||
| 铂类 | 116(62.70) | 55(60.44) | 0.13 | 0.716 |
| 非铂类 | 69(37.30) | 36(39.56) | ||
| 放疗剂量(Gy) | ||||
| <50.4 | 76(41.08) | 20(21.98) | 9.81 | 0.002 |
| ≥50.4 | 109(58.92) | 71(78.02) |
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