Прогнозирование безрецидивной выживаемости больных с почечно-клеточным раком и опухолевым тромбозом почечной и нижней полой вены I–II уровней с использованием расширенной модели Кокса и методов машинного обучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель – сравнить прогностическую точность регрессии Кокса и методов машинного обучения (ML) в отношении безрецидивной выживаемости пациентов с местно-распространенным почечно-клеточным раком после радикального лечения, а также исследовать расширенную модель Кокса, в которой функция риска формируется с использованием нейросетевого аппроксиматора (DeepSurv).

Материал и методы. В данном исследовании был проведен ретроспективный анализ данных пациентов с диагнозом «почечно-клеточный рак», перенесших радикальную нефрэктомию с тромбэктомией из почечной и нижней полой вены в период с 2007 по 2024 годы в ФГБУ «РНЦРХТ им. акад. А.М. Гранова». В исследование включены 100 пациентов (54 мужчины и 46 женщин). Медианный возраст составил 61,5 года (IQR: 59,7–63). Из общего числа наблюдений в 41 случае было зафиксировано прогрессирование заболевания, в остальных 59 случаях данные были цензурированные. Оценка моделей проводилась на основе индекса конкордации (C-index) и интерпретировалась с использованием SHAP-анализа.

Результаты. Нейросетевая модель DeepSurv продемонстрировала более высокую прогностическую точность на тестовой выборке по сравнению с классической моделью Кокса (C-index: 0,8056 против 0,7917 соответственно). Это свидетельствует о лучшей способности модели DeepSurv ранжировать пациентов по индивидуальному риску прогрессирования. С помощью SHAP-анализа установлены ключевые предикторы, вносящие наибольший вклад в прогноз: размер опухоли, степень злокачественности (ISUP-грейд), уровень опухолевого тромбоза и морфологический тип опухоли. Модель DeepSurv позволила учесть сложные нелинейные взаимодействия между признаками, что повысило интерпретируемость и клиническую применимость результатов.

Заключение. Полученные данные подтверждают целесообразность применения методов машинного обучения для персонализированного прогноза и оптимизации тактики наблюдения у больных с почечно-клеточным раком.

Об авторах

М. К. Мирзабеков

ФГБУ «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова» Минздрава России

Email: musabek.mirzabekoff@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-8365-7672

аспирант

Россия, Санкт-Петербург

Н. Д. Тихонский

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: wirelessm8@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-3077-1776

преподаватель кафедры физики и информатики

Россия, Барнаул

М. И. Школьник

ФГБУ «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова» Минздрава России

Email: shkolnik_phd@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0589-7999

д-р мед. наук, главный научный сотрудник, профессор

Россия, Санкт-Петербург

О. А. Богомолов

ФГБУ «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова» Минздрава России

Email: urologbogomolov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5860-9076

канд. мед. наук, старший научный сотрудник, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Нина Васильевна Трухачева

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: tn10@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7894-4779

канд. пед. наук. доцент кафедры физики и информатики

Россия, Барнаул

Список литературы

  1. Cox DR. Regression models and life tables. Journal of the Royal Statistical Society: Series B. 1972;34(2):187-220. doi: 10.1111/j.2517-6161.1972.tb00899.x
  2. Reva SA, Shaderkin IA, Zyatchin IV, Petrov SB. Artificial intelligence in cancer urology. Experimental and Clinical Urology. 2021;14(2):46-51. [Рева С.А., Шадеркин И.А., Зятчин И.В., и др. Искусственный интеллект в онкоурологии. Экспериментальная и клиническая урология. 2021;14(2):46-51]. doi: 10.29188/2222-8543-2021-14-2-46-51
  3. Du M, Haag DG, Lynch JW, et al. Comparison of the tree-based machine-learning algorithms to Cox regression in predicting the survival of oral and pharyngeal cancers: analyses based on SEER database. Cancers. 2020;12(10):2802. doi: 10.3390/cancers12102802
  4. Qiu X, Gao J, Yang J, et al. A comparison study of machine learning (random survival forest) and classic statistic (Cox proportional hazards) for predicting progression in high-grade glioma after proton and carbon ion radiotherapy. Frontiers in Oncology. 2020;10:551420. doi: 10.3389/fonc.2020.551420
  5. Lundberg SM, Lee S-I. A unified approach to interpreting model predictions. Advances in Neural Information Processing Systems. 2017;30:4765-4774.
  6. Gonen M, Heller G. Concordance probability and discriminatory power in proportional hazards regression. Biometrika. 2005;92(4):965-970. doi: 10.1093/biomet/92.4.965
  7. Liu Y, Zhou S, Wei H, An S. A comparative study of forest methods for time-to-event data: variable selection and predictive performance. BMC Medical Research Methodology. 2021;21(1):193. doi: 10.1186/s12874-021-01386-8
  8. Katzman JL, Shaham U, Cloninger A, et al. DeepSurv: personalized treatment recommender system using a Cox proportional hazards deep neural network. BMC Medical Research Methodology. 2018;18(1):24. DOI: https://doi.org/10.1186/s12874-018-0482-1
  9. Alabi RO, Elmusrati M, Leivo I, et al. Machine-learning explainability in nasopharyngeal cancer survival using LIME and SHAP. Scientific Reports. 2023;13(1):8984. doi: 10.1038/s41598-023-35795-0
  10. Kantidakis G, Putter H, Lancia C, et al. Survival prediction models since liver transplantation – comparisons between Cox models and machine-learning techniques. BMC Medical Research Methodology. 2020;20(1):277. doi: 10.1186/s12874-020-01153-1
  11. Byun S-S, Heo TS, Choi JM, et al. Deep-learning-based prediction of prognosis in non-metastatic clear cell renal cell carcinoma. Scientific Reports. 2021;11(1):1242. doi: 10.1038/s41598-020-80262-9
  12. GraphPad Software. Multicollinearity in Cox proportional hazards regression. URL: https://www.graphpad.com/guides/prism/latest/statistics/stat_cox_reg_results_multicollinearity.htm
  13. Moncada-Torres A, van Maaren MC, Hendriks MP, et al. Explainable machine learning can outperform Cox regression predictions and provide insights in breast-cancer survival. Scientific Reports. 2021;11(1):6968. doi: 10.1038/s41598-021-86327-7
  14. Park H, Jeong CW, Yuk H, et al. Influence of tumor thrombus on occurrence of distant venous thromboembolism and survival in patients with renal cell carcinoma after surgery. Clinical and Applied Thrombosis/Hemostasis. 2019;25:1076029618823288. doi: 10.1177/1076029618823288
  15. Shin D, Lim B, Song C, et al. Comparative analysis of oncologic outcomes in surgically treated patients with renal cell carcinoma and renal-vein thrombosis by pathologic subtypes. Scientific Reports. 2025;15(1):15946. doi: 10.1038/s41598-025-00452-1
  16. Yang B, Liu C-X, Wu R, et al. Development and validation of a DeepSurv nomogram to predict survival outcomes and guide personalized adjuvant chemotherapy in non-small-cell lung cancer. Frontiers in Oncology. 2022;12:895014. doi: 10.3389/fonc.2022.895014
  17. Schulz S, Woerl A-C, Jungmann F, et al. Multimodal deep learning for prognosis prediction in renal cancer. Frontiers in Oncology. 2021;11:788740. doi: 10.3389/fonc.2021.788740
  18. Mahootiha M, Qadir HA, Aghayan D, et al. Deep-learning-assisted survival prognosis in renal cancer: a CT-scan-based personalized approach. Heliyon. 2024;10(2):e24374. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e24374

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1. Результат анализа предикторов методом SHAP.

Скачать (856KB)

© Мирзабеков М.К., Тихонский Н.Д., Школьник М.И., Богомолов О.А., Трухачева Н.В., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).