راهبردهای عملیاتی توسعه مدل یادگیری عمیق و رادیومیکس MRI برای پیش بینی پاسخ درمانی و پیامد بقا در سرطان رکتوم

نوع مقاله : خلاصه سیاستی

نویسندگان
1 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی و مرکزتحقیقات فیزیولوژی کاربردی، پژوهشکده قلب و عروق، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
2 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
3 گروه رادیوآنکولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
4 گروه علوم تشریح و بیولوژی تولیدمثل، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
سرطان رکتوم یکی از بیماری‌‌های مهم انتهای روده بزرگ، پرچالش برای متخصصان حوزه سلامت و نیازمند تصمیم‌گیری‌های درمانی دقیق و به‌موقع در مراحل اولیه تشخیص است. رویکرد فعلی درمان که اغلب شامل پرتودرمانی و شیمی‌درمانی پیش از جراحی است، به دلیل تنوع و ناهمگونی زیستی تومورها، با پاسخ‌های درمانی متفاوتی در بیماران همراه می‌شود و بخشی از آنان را بدون دریافت نتیجه کافی، در معرض عوارض شدید درمانی یا عود بیماری قرار می‌دهد. این خلاصه سیاستی، با استناد به یافته‌های یک مطالعه مدلسازی رادیوژنومیک تدوین شد که با مشارکت دویست بیمار، به بررسی پتانسیل مدل‌های هوش مصنوعی در پیش‌بینی پاسخ درمانی و پیامد بقای بیماران پرداخت. نتایج مطالعه نشان داد ادغام ویژگی‌های بافتی و ساختاری حاصل از تصاویر MRI پیش‌درمانی، با داده‌های پاتولوژی و نشانگرهای ژنومی مانند وضعیت جهش‌های KRAS و BRAF، دقت زیادی حدود 85 درصد در پیش‌بینی بقای بدون بیماری و بقای کلی بیماران فراهم می‌کند. همچنین مدل‌های مبتنی بر یادگیری عمیق، پیش‌بینی پاسخ به درمان دقیق‌تری ارائه دادند. با این حال، اجرایی شدن این دستاوردها در حوزه بالین، نیازمند تدوین گزینه‌های سیاستی عملیاتی بود که با توجه به یافته‌های پژوهش و نظر متخصصان به‌این‌صورت «همسان‌سازی مدل‌های یادگیری عمیق رادیوژنومیک در سامانه‌های تصمیم‌یار بالینی بیمارستان‌های تخصصی، توسعه پروتکل ملی اعتبارسنجی و جمع‌آوری داده‌های چندمرکزی سرطان رکتوم، تدوین راهنماهای بالینی جدید برای غربالگری و پیش‌بینی پاسخ درمانی با استفاده از شاخص‌های زیستی ترکیبی (MRI و ژنومیک)»، پیشنهاد شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Operational Strategies for Developing a Deep Learning and MRI Radiomics Model to Predict Treatment Response and Survival Outcomes in Rectal Cancer

نویسندگان English

Hossein Taheri 1
MohammadBagher Tavakoli 2
Simin Hemati 3
Hossein Salehi 4
Hamed Taheri 4
1 Medical Physics, Department, School of Medicine & Applied Physiology Research Center, Cardiovascular Research Institute, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Medical Physics, Department, School of Medicine , Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Radio Oncology Department, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran .
4 Anatomy and Reproductive Biology Department, School of Medicine& Applied Physiology Research Center, Cardiovascular Research Institute, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده English

Rectal cancer is one of the most important diseases of the distal colon, challenging for healthcare professionals and requiring accurate and timely treatment decisions at the early stages of diagnosis. The current treatment approach, which often includes preoperative radiotherapy and chemotherapy, is associated with different treatment responses in patients due to the diversity and biological heterogeneity of tumors, and exposes some of them to severe treatment complications or disease recurrence without receiving adequate results. This policy brief was developed based on the findings of a radiogenomic modeling study that examined the potential of artificial intelligence models in predicting treatment response and survival outcome in patients with the participation of 200 patients. The results of the study showed that the integration of histological and structural features from pretreatment MRI images with pathology data and genomic markers such as KRAS and BRAF mutation status provides a high accuracy of about 85% in predicting disease-free survival and overall survival of patients. Deep learning-based models also provided more accurate prediction of treatment response. However, the implementation of these achievements in the clinical field required the development of operational policy options, which, according to the research findings and expert opinions, were proposed as follows: "Improving radiogenomic deep learning models in clinical decision-making systems of specialized hospitals, developing a national protocol for validation and multicenter data collection of rectal cancer, and developing new clinical guidelines for screening and predicting treatment response using combined biomarkers (MRI and genomics)."

کلیدواژه‌ها English

Rectal cancer
MRI radiomics
deep learning
clinical decision making
therapeutic response
personalized medicine
1.      Yeh C, Wheless MC, Ciombor KK, Cercek A. New Frontiers in the Treatment of Rectal Cancer. Annual Review of Medicine. 2026 Jan 27;77:177-92. https://doi.org/10.1146/annurev-med-050124-085830
2.      Kang SB, Cho JR, Jeong SY, Oh JH, Ahn S, Choi S, Kim DW, Lee BH, Youk EG, Park SC, Heo SC. Quality of life after sphincter preservation surgery or abdominoperineal resection for low rectal cancer (ASPIRE): a long-term prospective, multicentre, cohort study. The Lancet Regional Health–Western Pacific. 2021 Jan 1;6.
3.       Rahimi E, Yazdani CJ, Eslami JM, Maleki I, Sanjarnipour M. Identifying the Optimal Parametric Survival Model with Minimal Estimation Error to Determine Factors Influencing Survival in Colon Cancer Patients. J Mazandaran Univ Med Sci, 2025, 25 (246): 72-82. https://www.sid.ir/paper/1519388/fa
4.      Kashfi Marandi S. The effect of concurrent chemotherapy with postoperative radiotherapy on the survival rate of patients with rectal cancer in northwest Iran: a retrospective analysis Doctoral dissertation, Tabriz University of Medical Sciences, Faculty of Pharmacy, 2025.
https://dspace.tbzmed.ac.ir/handle/123456789/72223
5.       Bahadur M, Momeni Z. Evaluation and comparison of dose homogeneity index, sacrum bone dose and maximum rectal dose in endometrial and cervical cancer patients with two energies of 6 and 15 MV. Tehran University Medical Journal, June 2025, 83 (3): 218-225. https://www.sid.ir/paper/1819247/fa
6.       Taheri H. Evaluation of treatment response modelling of rectum cancer using pathologic and radiologic findings of MRI in deep learning method. Research project approved by the Vice President for Research and Technology with number 1403221, 2026.
7.      Rahmani B, Shahbazi-Gahrouei D, Roayaei M. Comparison of Fused MRI/CT-Based Contouring and CT-Based Contouring in Helical Tomotherapy for Rectal Cancer. J Isfahan Med Sch 2023; 41(708): 89-95. https://www.sid.ir/paper/1142806/fa
8.       Song K-S, Lee DW, Kim B, Hur BY, Kim MJ, Kim MJ, et al. Differences in prognostic relevance of rectal magnetic resonance imaging findings before and after neoadjuvant chemoradiotherapy. Scientific reports. 2019;9(1):10059
9.      Koh DM, Papanikolaou N, Bick U, Illing R, Kahn CE Jr, Kalpathi-Cramer J, Matos C, Martí- Bonmatí L, Miles A, Mun SK, Napel S, Rockall A, Sala E, Strickland N, Prior F. Artificial intelligence and machine learning in cancer imaging. Commun Med (Lond). 2022 Oct 27;2:133. doi: 10.1038/s43856-022-00199-0. PMID: 36310650; PMCID: PMC9613681.
10.    Ferrari R, Mancini-Terracciano C, Voena C, Rengo M, Zerunian M, Ciardiello A, Grasso S, Mare' V, Paramatti R, Russomando A, Santacesaria R, Satta A, Solfaroli Camillocci E, Faccini R, Laghi A. MR-based artificial intelligence model to assess response to therapy in locally advanced rectal cancer. Eur J Radiol. 2019;118:1-9.