Eksplorativ analyse av PET/CT-bilder av hode/hals-kreft med fokus på prediksjon av behandlingsutfall og HPV-status

Abstract

I denne oppgaven undersøkes et datasett bestående av informasjon om 213 anonymiserte pasienter behandlet ved Oslo Universitetssykehus i perioden 2007 til 2014. Alle pasientene har blitt diagnostisert med kreft i hode/hals-regionen og har tatt et kombinert PET/CT-skann av hode/hals-regionen før behandlingen startet. Informasjon om alder, kjønn, alkoholmisbruk, røking og HPV-status var tilgjengelig sammen med behandlingsutfall, sykdomsstadium og svulstenes plassering.

Formålet med denne studien var å undersøke om det er mulig å knytte egenskaper av svulstene fanget i PET- og CT-bildene tatt før behandling til behandlingsutfall, stadium, HPV-status eller andre faktorer. Dersom dette er mulig, kan svulster med dårlig behandlingsutfall identifiseres og pasientene kan gis tilpasset behandling.

En stor del av oppgaven gikk ut på å organisere datasettet for å klargjøre det til analyse. En rekke Matlab-skript ble utviklet for å oppnå dette. Datasettet er nå organisert slik at flere parametere som kan karakterisere svulstene kan hentes ut og nye analyser enkelt kan gjennomføres.

For å hente ut egenskaper som beskriver svulstene fra PET- og CT-bildene ble det brukt teknikker innen Radiomics. Første ordens statistiske parametere som gjennomsnittsverdi og varians ble beregnet fra PET/CT-bildene av svulstene. Metodene Angle Measure Technique (AMT) og Gray Level Coocurrence Matrix (GLCM) ble brukt for å karakterisere teksturen til svulstene. For hver svulst ble det for PET og CT bildene beregnet 19 første ordens statistiske parametere, 9 GLCM-teksturparametere og 500 AMT-parametere. For å visualisere informasjonen fra bildene samt å finne mønstre og grupperinger av svulstene ble prinsipalkomponentanalyse (PCA) benyttet. Det ble også forsøkt å gruppere svulstene ved å lage klassifiseringsmodeller av utfall, HPV-status og stadium med metoden PLS-DA.

Det var ingen av analysene som viste tegn til at det var mulig å bruke informasjonen i parameterne av svulstegenskaper til predikasjon av sykdomsutfall eller HPV-status. Modellene klarte imidlertid å skille svulstenes stadium til en viss grad. Selv om det konkluderes med at sykdomsutfall eller HPV-status ikke kan predikeres ut fra parameterne hentet fra bildene i denne oppgaven er det kjent at analyser på lignende datasett har kunnet lage prediksjonsmodeller ved å bruke vesentlige flere parametere som beskriver svulstegenskapene. Det foreslås derfor at disse parameterne også beregnes for dette datasettet og at nye klassifiseringsmodeller utvikles.

In this thesis, a dataset consisting information about 213 anonymous patients, treated at Oslo University Hospital in the period 2007 to 2014, is examined. All patients have been diagnosed with cancer in the head/neck region, and all have had a combined PET/CT-scan of the head/neck region before starting treatment. Information about age, gender, alcohol abuse, smoking habits and HPV status was available along with treatment outcome, disease stage and tumour location. The purpose of this thesis was to find out if it is possible to link tumour features captured in the PET/CT-scans taken before treatment to treatment outcome, disease stage, HPV status or other factors. If this is possible, tumours with poor treatment outcomes can be identified, and given customized treatment.