I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 ,   p p .   2471 ~ 2 4 8 3   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 3 . p p 2 4 7 1 - 2 4 8 3           2471     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Co mputed  tom o g ra phy  ima g ing  radio mics :  a  nov el a ppro a ch t o   ea rly - sta g e non - s ma ll cell  lung   ca ncer pre diction       Ra v it ej a   B a le k a i 1 ,  M a llik a rj un   S.  H o li 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   G M   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   V i sv e s v a r a y a   Te c h n o l o g i c a l   U n i v e r si t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a     2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   I n st r u men t a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   B . D . T  C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,     V i sv e sv a r a y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a         Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 9 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Feb   1 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma y   1 1 ,   2 0 2 6       Ra d io m ics   sh o ws   p r o m ise   a s  n o n - i n v a siv e   m e th o d   f o r  e n h a n c i n g   c li n ica l   sta g in g   o f  n o n - sm a ll   c e ll   l u n g   c a n c e r  (NSCL C)   b y   u sin g   q u a n ti tati v e   in fo rm a ti o n   fro m   c o m p u ted   to m o g ra p h y   (CT)  sc a n s.  Th is  stu d y   p re se n ts  ra d io m ics - b a se d   m a c h in e   lea rn i n g   (M L)  a p p r o a c h   fo r  sta g in g   NSCL C  p a ti e n ts  in t o   c li n ica l  sta g e s  I,   II ,   a n d   III  b a se d   o n   s h a p e ,   in te n sity ,   a n d   tex tu re   fe a tu re s.  CT  ima g e s  o f  3 6 9   NSCL C   p a ti e n ts  a re   c o ll e c ted   fro m   th e   c a n c e r  ima g in g   a rc h iv e   (TCIA ),   a n d   e x t ra c ted   1 0 7   ra d i o m ic  fe a tu re s  fo ll o wi n g   ima g e   b i o m a rk e r  sta n d a rd iza ti o n   in it iativ e   (IBS I)  p r o t o c o l.   T h e   a n a ly sis  o f   th e   so u rc e s  o f  v a riab il it y   d u e   t o   d iffere n t  ima g i n g   p ro t o c o ls,   u sin g   p rin c i p a l  c o m p o n e n t  a n a ly sis  (P CA)   a n d   t - d istri b u ted   sto c h a stic  n e ig h b o r   e m b e d d i n g   (t - S NE) ,   s h o we d   th a t  t h e se   e ffe c ts  we re   re so lv e d   th ro u g h   Co m Ba t  h a rm o n iza ti o n .   R e c u rsiv e   fe a tu re   e li m in a ti o n   ( RF E)  a n d   lea st  a b so lu te  sh rin k a g e   a n d   se lec ti o n   o p e ra to r   (LA S S O)   a re   u se d   fo r  fe a tu re   se lec ti o n .   F iv e   M L  a lg o rit h m s :  lo g isti c   re g re ss io n   (LR) ,   su p p o rt  v e c to r   m a c h in e   (S VM) ,   d e c isio n   tree   (DT) ,   ra n d o m   f o re st   (R F ),   a n d   e x trem e   g ra d ien t  b o o sti n g   ( XG Bo o st )   we re   u se d ,   with   a n   8 0 : 2 0   train - tes t   sp li t  a n d   10 - f o ld   c ro ss - v a li d a ti o n .   T h e   c las sifier   is  a ss e ss e d   u sin g   a c c u ra c y ,   se n siti v it y ,   s p e c ifi c it y ,   F 1 - sc o re ,   a n d   a re a   u n d e r  th e   re c e iv e r  o p e ra ti n g   c h a ra c teristic  (AU ROC)  c u rv e .   Th e   RF E  a n d   RF   c las sifier  c o m b in a ti o n   p e rfo rm e d   th e   b e st  with   AU RO C  o f  0 . 9 3 0 7   a n d   a c c u ra c y   o f  0 . 8 1 1 4 .   T h is  stu d y   i ll u stra tes   th e   u se   o f  ra d i o m ics   m o d e ls i n   n o n - in v a siv e   c las sifica ti o n   o f   NSCL C  sta g e s a n d   it   i s r o le i n   c li n ica l  d e c isio n   m a k in g .   K ey w o r d s :   C lin ical  s tag e    C o m p u ted   to m o g r a p h y   Featu r e  s elec tio n   Ma ch in e  lear n in g   No n - s m all  ce ll lu n g   ca n ce r   R ad io m ics   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R av iteja  B alek ai   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   GM   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   Vis v esv ar ay a  T ec h n o l o g ical  Un iv er s ity   B elag av i,  I n d ia   E m ail: r av itejj1 0 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   L u n g   ca n ce r   is   th e  m o s t  co m m o n   ca u s e  o f   ca n ce r - r elate d   m o r tality   in   th e  w o r ld ,   an d   in   2 0 2 2   alo n e   it  was  esti m ated   to   ca u s e  2 . 4 8   m illi o n   n ew  ca s es  an d   1 . 8 1   m illi o n   d ea th s   [ 1 ] .   T h e  m o s t  co m m o n   s u b ty p e  f o r m   is   non - s m all  ce ll lu n g   ca n ce r   ( NSC L C ) ,   wh ich   co n s titu tes ap p r o x im ately   8 5 %   o f   th e  ca s es [ 2 ] ,   an d   it in clu d es   ad en o ca r cin o m a  ( ADC),   s q u a m o u s   ce ll  ca r cin o m a  ( SC C ) ,   an d   lar g e  ce ll  ca r cin o m a  ( L C C ) ,   ea ch   with   it   i s  o wn   b io l o g ical  b e h av io r   an d   tr ea tm en t  r esp o n s e.   Alth o u g h   d iag n o s is   an d   t r ea tm en t  h av e  ad v a n ce d ,   th e  m o r tality   r ate   o f   lu n g   ca n ce r   r em ain s   h ig h ,   an d   th e   5 - y ea r   s u r v iv al  o f   th e   NSC L C   p atien ts   is   ab o u t 2 6 . 9 % [ 3 ] .   E ar ly   d ia g n o s is   o f   NSC L C   is   ess en tial  in   f ac ilit atin g   c u r ativ e  th er ap y ,   wh ich   ca n   s ig n if ican tly   e n h an ce   p atien t o u tco m es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 4 7 1 - 2 4 8 3   2472   T h e  s tag in g   o f   NSC L C   i s   b as ed   o n   th e  T NM   class if icatio n   s y s tem ,   wh ich   ass e s s e s   th e  s ize  o f   th e  tu m o r   ( T ) ,   ly m p h   n o d e  ( N) ,   an d   m etastas is   ( M) .   T h e  s tag es  ar e  I   ( lo ca lized   tu m o r ) ,   I I   ( s p r ea d   to   ly m p h   n o d es   o r   s tr u ctu r es  th at   ar e  n ea r b y ) ,   I I I   ( s p r ea d   with in   th e  c h est),   to   I V  ( s p r ea d   to   d is tan t  o r g a n s ) .   Dete ctin g   th e   d is ea s e  at  th e  ea r lies t  s tag e  c an   im p r o v e   s u r v i v al  b u t  s in ce   m o s t  p atien ts   ar e   asy m p to m a tic  b y   th e  tim e   th e   d is ea s e  d ev elo p s ,   th e  cu r r en tly   av ailab le  tr ea tm en t a p p r o ac h e s   ar e  in ef f ec tiv e.   I n   id en tif y in g   a n d   d ia g n o s in g   NSC L C ,   v ar io u s   im ag in g   tech n iq u es  ar e  u s u ally   u s e d   s u ch   as,  co m p u ted   t o m o g r ap h y   ( CT ) ,  p o s itro n   em is s io n   to m o g r a p h y   ( PET ) ,   an d   m ag n etic  r eso n an ce   im ag in g     ( MRI)   [ 4 ] .   C T   s ca n s   p lay   th e  k ey   r o le  in   th e   d iag n o s is   an d   s tag in g   o f   lu n g   ca n ce r ,   wh ich   is   ch ar ac ter ized   b y   h ig h - r eso lu tio n   im ag es,  wh ich   ca n   b e  u s ed   to   p r o v id e   an   an ato m ical  u n d er s tan d in g   o f   lu n g   tu m o r s .   T r ad itio n al  r ad io l o g ical  ev alu atio n   o f   C T   im ag es  is   lim ited   ev en   th o u g h   it  is   wid ely   u s ed .   T h e  p r o ce d u r e  is   v er y   m u ch   r elian t  o n   t h e  ex p e r ien ce   o f   th e   r ad io l o g is t  an d   t en d s   to   c o n ce n tr ate   o n   th e   v is u al  f ea tu r es  o f   t h e  tu m o r s   s u ch   as  s ize,   s h ap e ,   an d   lo ca tio n .   Su c h   e x am in ati o n s   ar e   s u b jectiv e  a n d   th u s   ca u s in g   d is p ar ity   in   d iag n o s in g   an d   s tag in g .   I n   a d d itio n ,   tr a d itio n al  im ag i n g   p r o ce d u r es  m ig h t   n o t  b e  ab l e  to   id en tif y   s lig h t   v ar iatio n   b etwe en   ea r ly   an d   la te  s tag es o f   NSC L C   d ec r ea s in g   th e  p o s s ib ilit y   o f   ea r ly   tr ea t m en t.   I n   o r d e r   to   ad d r ess   th ese  co n s tr ain ts ,   r ad io m ics  h as  b ec o m e  an   ef f ec tiv e  m eth o d   in   ca n c er   s tu d ies,  allo win g   th e  id en tific atio n   o f   q u an titativ e  ch ar ac ter is tics   o f   m ed ical  im ag es,  wh ich   ca n   b e  u s ed   to   d etec t  tu m o r   p r o p er ties   th at  ar e  u n o b s er v ab le  b y   th e  h u m a n   ey e  [ 5 ] .   T h ese  ch ar ac ter is tics ,   in clu d in g   tex tu r e,   s h ap e ,   an d   in ten s ity ,   r ep r esen t  a  c o m p lete  tu m o r   p h en o t y p e  a n d   h av e   d em o n s tr ated   p o ten tial  in   a   wid e  r a n g e  o f   o n co lo g ical  u s es,  s u ch   as  tu m o r   ch ar ac te r izatio n ,   p r ed ict io n   o f   tr ea tm e n t  r esp o n s e,   a n d   p r o g n o s ticatio n     o f   o u tc o m e  [ 6 ] − [ 8 ] .   R ad io m i cs  ca n   b e  u s ed   to   id e n tify   p atter n s   an d   co r r elatio n s   th at  ca n   g u id e  clin ical   d ec is io n - m ak in g   b y   ap p l y in g   m ac h in e  lear n in g   ( ML )   m o d el s   to   s u ch   f ea tu r es  an d   h elp   to   p r ed ict  th e  s tag e  o f   NSC L C   ea r lier   [ 9 ] − [ 1 1 ] .   T h is   s tu d y   s ee k s   to   b u ild   a  r a d io m ics  m o d el  to   d if f e r en tiate  clin ical  s tag e  ( I   to   I I I )   o f   NS C L C   u s in g   C T   im ag es  b ased   o n   th e  ch ar a cter is tics   o f   tu m o r s .   Stag e  I V,   wh ich   is   a  p r o g r ess iv e  d is ea s e  wh er e  m etastas i s   o cc u r s ,   is   u s u ally   o m itted   s in ce   it  h as  v er y   s p ec if ic  clin ical  in d icato r s   th at  ca n   b e  e asil y   d etec ted   b y   co n v en tio n al  im ag i n g .   B esid es,  th e  tr ea tm e n t  o f   s tag e  I V  i s   n o r m ally   p alliativ e  u n lik e   s tag e  I   to   I I I   wh er e   tr ea tm en t  is   m o r e  d iv er s e.   T h er ef o r e ,   p r io r itizin g   s tag es  I   to   I I I   en ab les  th e  m o d el  to   in f o r m   d ec is io n s   in   ca s es wh er e  th e  tr ea tm en t c h o i ce s   ar e  q u ite  d if f e r en t d e p en d i n g   o n   th e  s tag e.   A   r ad io m ics  a p p r o ac h   is   p r esen t  to   class if y   t h e  NSC L C   clin ical  s tag es  u s in g   ML   f r o m   t wo   p u b licly   av ailab le  m u lti - in s titu tio n al  d atasets .   T h e  r ad io m ic  f ea tu r es  wer e  ex tr ac ted   ac co r d in g   to   t h e  im ag e  b io m a r k er   s tan d ar d izatio n   in itiativ e  ( I B SI )   s tan d ar d s   [ 1 2 ]   to   p r o v id e  c o n s is ten t  an d   r ep r o d u cib le  m et h o d o lo g y   ac r o s s   all   s tu d ies.  T h e  h eter o g en eity   in   th e  im ag in g   p r o to co ls   is   an aly ze d   an d   m itig ated   u s in g   C o m B at  h ar m o n izatio n .   least  ab s o lu te  s h r in k ag e  a n d   s elec tio n   o p er at o r   ( L ASSO )   an d   r ec u r s iv e   f ea tu r e   elim in atio n   ( R FE )   wer e  u s ed   to   m in im ize   th e  d im e n s io n ality   o f   th e  lar g e  n u m b er   o f   r a d io m ic  f ea tu r es  g en er ate d   f r o m   e ac h   im ag e.   Fin ally ,   s y n th etic  m in o r ity   o v er s am p li n g   tech n i q u e   ( SMOT E )   was  u s ed   to   ac co u n t  f o r   t h e  s ig n if ic an t  class   im b alan ce   in h er en t  in   th e  p atien t  p o p u la tio n .   T h e  m u ltip le  ML   class if ier s   wer e  s y s tem atica lly   co m p ar ed   to   d eter m in e   wh ich   m o d el  b est id en tifie d   th e  co r r ec t c lin ical  s tag e .   T h e  k ey   co n t r ib u tio n s   o f   th is   wo r k   a r e :  First,  d ev elo p   a  r o b u s t  r ad io m ics  p ip elin e  th at   in teg r ates  s tan d ar d ized   f ea t u r e  e x tr ac tio n ,   b atch   h ar m o n izatio n ,   an d   m o d el  v alid atio n .   Seco n d ,   i d e n tify   a  s u b - g r o u p   o f   d is cr im in ativ e  r ad io m ic   f ea tu r es  th at  ca n   d er iv e  clin ically   r elev an t  tu m o r   c h ar ac ter is tics   o f   NSC L C   s tag e .   T h ir d ,   g i v e  a  co m p ar ativ e  an a ly s is   o f   ML   alg o r ith m s ,   wh ich   p r o v es  th at  e n s em b le - b ased   m o d els  ar e  ef f ec tiv e   in   th e  co n tex t  o f   r a d io m ics - b a s ed   s tag e  class if icatio n .   T h e  p ap er   is   o r g an ize d   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   d escr ib es   th e  d atasets ,   f ea tu r e  ex tr ac tio n   an d   s elec tio n ,   m o d el  tr ain i n g   an d   v alid atio n .   Sectio n s   3   d is cu s s   th e  r esu lts   an d   co m p ar e  th e m   with   f in d in g s   f r o m   p r e v io u s   s tu d ies.   L astl y ,   s ec tio n   4   co n clu d es th is   s tu d y .       2.   M E T H O D    2 . 1 .     Da t a s et     I n   th is   s tu d y ,   th e  C T   im ag es  wer e  o b tain ed   f r o m   two   p u b li cly   av ailab le  m u lti - in s titu tio n al  d atasets :   d ataset  1 – th e  NSC L C - R ad io m ics   d ataset  [ 1 3 ] ,   an d   d ata s et  2 – th e  NSC L C - r ad io g en o m ics  d ataset  [ 1 4 ] .     Data s et  1   co n tain s   C T   im ag e s   f r o m   4 2 2   p atien ts ,   in clu d in g   5 1   with   ADC,  1 5 2   with   S C C ,   1 1 4   with   L C C ,     6 3   as  n o t  o t h er wis e  s p ec if ied   ( NOS) ,   an d   4 2   as  n o t  av ailab l e  ( NA)   d u e  to   i n co m p lete  d iag n o s tic  in f o r m atio n .   E ac h   ca s e  in clu d es  3 D  g r o s s   tu m o r   v o lu m es   ( GT V)   d elin ea ted   b y   o n co lo g is ts   alo n g   with   ass o ciate d   clin ical   o u tco m es.  Fo llo win g   v is u al  i n s p ec tio n   u s in g   th e   3 D   Sli ce r   to o l   [ 1 5 ] ,   a  s elec tio n   o f   2 5 0   p atien t  r ec o r d s   with   co m p r eh e n s iv e  clin ical  d ata  was  m ad e  f o r   f u r th er   an al y s is .   T h e  d ataset  2   co m p r is es  C T   im ag es  f r o m   1 4 4   NSC L C   p atien ts ,   in clu d in g   1 1 2   with   ADC,  2 9   with   SC C ,   an d   3   with   NOS.   T h e s e  im ag es  in clu d e   s eg m en tatio n s   in   d ig ital  im ag in g   an d   co m m u n icatio n s   in   m ed icin e  ( DI C OM )   f o r m at  an d   c lin ical  o u tco m es  in   C SV  f iles .   I n itial  s eg m en tatio n s   wer e  d o n e   with   a  s em i - au t o m atic  alg o r ith m   an d   later   r ef in ed   b y   an   ex p er t.   Af ter   v er if icatio n   u s in g   th e  3 D  Sli ce r   to o l,  1 1 9   p atien t r ec o r d s   wer e  ch o s en   f o r   a n aly s is .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp u ted   to mo g r a p h y  ima g in g   r a d io mics:  a   n o ve l a p p r o a c h   to   ea r ly - s ta g e  n o n - s ma ll …   ( R a viteja   B a leka i )   2473   T h e  s tu d y   ex clu d e d   p atien ts   wh o s e  clin ical  s tag e  lab els  we r e  lack in g   o r   am b ig u o u s ,   h ad   in co m p lete   o r   co r r u p te d   C T   im ag es,  a n d   t u m o r   s eg m en tatio n   m ask s   wer e  in co n s is ten t  o r   ab s en t  to   g u ar an tee  q u ality   an d   r ep r o d u cib ilit y   o f   d ata.   Af ter   th is   p r o ce s s   o f   in clu s io n   a n d   ex clu s io n ,   a  t o tal  o f   3 6 9   p atien t  r ec o r d s   wer e   r etain ed   f r o m   two   d atasets   to   co n tin u e   with   th e   s u b s eq u en t   an aly s es.   I n   t h is   r esear ch ,   C T   s ca n s   wer e  ac q u ir e d   f r o m   d if f er e n t  in s titu tio n s ,   th er ef o r e ,   th er e   ar e  v a r iatio n s   in   th e  im a g e  ac q u is itio n   p r o to co ls   d u e  t o   th e   d if f er en ce s   o f   th e  s ca n n er   m an u f ac tu r e r s   an d   th e  im a g e  a cq u is itio n   p ar am eter s .   I n   o r d er   to   ev alu ate  th is   h eter o g en eity   s cien tific ally ,   DI C OM   m etad ata  wer e  an al y ze d   with   th e  h elp   o f   3 D  Sli ce r ,   th e  d etails  ar e  p r o v id e d   in   T a b le  1 .       T ab le  1 .   I m ag in g   p ar am eter s   o f   ea ch   C T   s ca n   D a t a s e t   P i x e l   s p a c i n g   [ x ,   y ]   i n   m m   S l i c e   t h i c k n e ss  [ z ]   i n   mm   M a t r i x   si z e   [ x , y ]   D a t a s e t   1   [ 0 . 9 7 6 5 6 2 5 0 ,   0 . 9 7 6 5 6 2 5 ]   2 . 9 9   [ 5 1 2 × 5 1 2 ]   D a t a s e t   2   [ 0 . 5 9 7 6 5 6 ,   0 . 9 7 6 5 6 ]   [ 0 . 6 2 5 − 2 . 5 ]   [ 5 1 2 × 5 1 2 ]       2 . 2 .     F e a t ure  ex t r a ct io n a nd   ba t ch  ha rm o niza t io n   T h e  Py R ad io m ics  lib r ar y   [ 1 6 ] ,   in teg r ated   in to   th e  3 D  Sli ce r ,   an   o p e n - s o u r ce   s o f twar e  f o r   v is u aliza tio n   an d   im a g e  an aly s is ,   was  u s ed   to   ex tr ac t  r ad io m ic  f ea tu r es  f r o m   th e  GT V,   wh ich   was  r esam p led   to   a  r eso lu tio n   o f   1 ×1 ×1   m m 3 .   T h is   p r ep r o ce s s in g   s tep   was  ca r r ied   o u t  to   p r ep ar e  t h e  s am p le  co n s is ten t,  an d   th e  f o llo win g   f ea tu r e  ex tr ac tio n   an d   m o d elin g   s tep s   m o r e  r e liab le.   T h e  f ea tu r e  e x tr ac tio n   was  d o n e  b ased   o n   th e  I B SI  f ea tu r e  d ef in itio n s .   1 0 7   r ad i o m ic  f ea tu r es  is   ex tr ac ted   f o r   ea ch   p atien t,  wh ich   wer e  g r o u p e d   in t o   th r ee   ca teg o r ies:   i)   m o r p h o lo g ical  ( 1 4   f ea tu r es),   ii)  f ir s t - o r d er   s tatis tical  ( 1 8   f ea tu r e s ) ,   an d   iii)  tex tu r e    ( 7 5   f ea t u r es).   All th e  r a d io m ic   f ea tu r es we r e  z - s co r e  n o r m alize d   to   g et  a  n o r m al  d is tr ib u tio n .   R ad io m ic  f ea tu r es  ca n   b e  a f f ec ted   b y   th e  s ca n n er   ty p e ,   ac q u is itio n   s eq u en ce s   an d   r ec o n s tr u ctio n   p ar am eter s ,   p a r ticu lar ly   in   m u lti - s ite  d ata.   I n   th is   s tu d y ,   C T   im ag es  wer e  ac q u ir e d   f r o m   d i f f er en t  in s titu tio n s   an d   d if f e r en t  s ca n n er   m o d els,   an d   s o ,   b atch   ef f ec t  was  tak en   in to   ac co u n t  p r io r   t o   b u il d in g   a  m o d el  [ 1 7 ] .   Prin cip al  co m p o n en t   an aly s i s   ( PC A )   an d   t - d is tr ib u ted   s to ch asti c  n eig h b o r   em b e d d i n g   ( t - SNE )   wer e  p er f o r m ed   o n   s tan d a r d ized   f ea tu r es  an d   s h o wed   clu s ter in g   b y   d ataset,   s u g g esti n g   th at  th er e  was  a  p r esen ce   o f   s ca n n er -   a n d   s ite - s p ec if ic  v a r iatio n s .   T o   elim in ate   th e  ef f e cts,  C o m B at  h ar m o n izatio n   was  p er f o r m ed ,   with   d ataset  o r ig in   as a   b atch   c o v ar iate.   Af ter   h ar m o n izatio n ,   th e  PC A  an d   t - SNE  clu s ter in g   v alu es we r e  lo wer   an d   f ea tu r es  wer e   b etter   d is tr ib u t ed ,   co n f ir m in g   t h e  s u cc ess f u l  r em o v al  o f   n o n - b io lo g ical   v ar iab ilit y ,   wh ile  p r eser v in g   t u m o r - s p ec if ic  in f o r m atio n .   T h is   r esu lted   in   b ette r   an d   s tr o n g er   r ad io m ic  f ea tu r es f o r   m o d elin g .     2 . 3 .     F e a t ure  s elec t io n   T h is   s tep   is   a  cr u cial  in   s elec tin g   r ad io m ic  f ea t u r es  to   p r e d ict  th e  s tag es  o f   NSC L C   in   C T   s ca n s .     I n   th is   r esear ch ,   th e  R FE   [ 1 8 ]   an d   L ASSO  [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ]   m eth o d s   wer e  em p lo y ed   f o r   f ea tu r e  s elec tio n .   R FE   was   u s ed   as  a  wr ap p er - b ased   f ea t u r e  s elec tio n   tech n iq u e.   R FE  r em o v es  f ea tu r es  o n e  at  a  tim e   an d   f its   th e  m o d el   with   th e  r em ai n in g   f ea tu r es,   an d   th e   im p o r tan ce   o f   th e  f e atu r es  is   m ea s u r ed   ac co r d in g   to   a   s p ec if ic  ML   m o d el.   T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  th e  n u m b er   o f   f ea tu r e s   is   eq u al  to   th e  d esire d   n u m b er   o f   f ea tu r es  to   b e  r etain ed ,   an d   th e  least  im p o r tan t  f ea tu r es  ar e  d r o p p ed .   M o r eo v e r ,   L ASSO  u s es  L 1   r e g u lar izatio n ,   w h ich   s h r in k s   th e   ab s o lu te  v alu es  o f   f ea tu r e   co ef f icien ts ,   th u s   s ettin g   less   im p o r tan t  f ea t u r es'   co ef f icien ts   to   ze r o .   T h is   elim in ates  n o n - im p o r tan t   o r   r ed u n d a n t  f ea t u r es,  a n d   k e ep s   o n ly   th o s e   th at  p lay   a   r o le  in   t h e  p r ed ictiv e   m o d el.   T h r o u g h   f ea tu r e   r e d u c tio n ,   L ASSO  r ed u ce s   m o d el   c o m p lex ity ,   en h a n ce s   in ter p r etab ilit y   an d   r ed u ce s   o v er f itti n g .   T h e  ex p r ess io n   o f   L ass o   is   s h o wn   in   ( 1 ) .     ( ) = ∑ ( ( ) − ∑ = 0 ( ) ) 2 = 1 + ∑ | | = 0   ( 1 )     W h er e,     is   th e  n u m b er   o f   o b s er v atio n s ,     is   th e  n u m b er   o f   f ea tu r es,  ( )   is   i th   s am p le,   ( )   is   o b s er v ed   o u tp u t   o f   th e   i th   s am p le,   θ  is   th e  r eg r ess io n   co e f f icien t ,   an d   ∑ | | = 0   is   r eg u la r izatio n   ter m   with   th e   r eg u lar izatio n   p ar am eter   λ .   B y   in co r p o r atin g   L ASSO  an d   R FE  in to   t h e  f ea t u r e  s elec tio n   p r o ce s s ,   th is   s tu d y   aim s   to   e n h an ce   th e   p er f o r m an ce   o f   t h e  p r ed ictiv e  m o d el.   I t  also   s ee k s   to   im p r o v e  in ter p r etab ilit y   b y   f o c u s in g   o n   th e  m o s t  d is cr im in ativ e  r ad i o m ics  f ea t u r es.  I n   ad d itio n ,   t h is   ap p r o ac h   h elp s   m itig ate  th e   r is k   o f   o v er f itti n g   an d   co m p u tatio n al  c o m p lex ity .     2 . 4 .     M o del  t ra ini ng   a nd   v a li da t io n     T h is   s tu d y   aim ed   to   cr ea te  a  f r am ewo r k   o f   class if icatio n   in   p r ed ictin g   t h e  clin ical  s tag es  o f   NSC L C .   T h er e  was  a  s ig n if ican t  im b a lan ce   in   class es  in   th e  d ataset  with   s tag e  I   ( n   = 1 1 8 ) ,   s tag e  I I   ( n   =4 9 ) ,   a n d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 4 7 1 - 2 4 8 3   2474   s tag e  I I I   ( n   =2 0 2 )   ca s es.  T o   r e d u ce   th e   p o s s ib ilit y   o f   in f o r m atio n   leak ag e ,   f ea tu r e  s elec tio n   b ased   o n   R FE  an d   L ASSO  an d   o v er s am p lin g   wa s   o n ly   u s ed   o n   th e  tr ai n in g   d a ta  in   ea ch   f o ld   o f   th e  cr o s s - v a lid atio n .   T h e  class   im b alan ce   was  a d d r ess ed   b y   u s in g   th e   SMOT E   [ 2 1 ]   to   th e   tr ain in g   d ataset,   i n   wh ic h   th e   s y n th etic  m in o r ity   class   ex am p les  wer e  g en er ated   u s in g   th e  k - n ea r est  n eig h b o r   alg o r ith m   a p p r o ac h ,   r esu ltin g   in   a  b etter   class   b alan ce   an d   b etter   p er f o r m a n ce   o f   t h e  m o d els.  R an d o m   s elec tio n   o f   th e  s u b s et  o f   tr ai n in g   an d   test   d ata  was  d o n e  with   a n   8 0 - 2 0   s p lit  an d   th e  wh o le  s er ies  o f   C T   im a g es  o f   ea ch   p atien t  was  u s ed .   T h e  m o d els  wer e  tr ain ed   with   f iv e  d if f er e n t  ML   class if ier s ;  lo g is tic  r eg r ess io n   ( L R ) ,   d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e  ( SVM) ,   r an d o m   f o r est  ( R F) ,   an d   e x tr em e  g r ad ien t  b o o s tin g   ( XGBo o s t) .   T h e  ev alu atio n   with   m u ltip le  class if ier s   is   ess en tia l  in   r a d io m ics  s tu d ies,  s in ce   class if ier s   ca n   ac h iev e  d if f er e n t  p er f o r m a n ce s   in   ter m s   o f   f ea tu r es,  class   im b alan ce ,   an d   co m p le x ity   o f   th e  d ata  ass o ciatio n .   T o   ev alu ate  th e  r eliab ilit y   an d   r o b u s tn ess   o f   th e   m o d els,  th e  av er ag e  p er f o r m an ce   o f   ac c u r ac y ,   s en s itiv ity ,   s p ec if icity ,   F1 - s co r e ,   an d   th e  ar ea   u n d er   t h e  r ec eiv er   o p e r atin g   c h ar ac ter is tic  ( AUROC )   ac r o s s   th e  f o ld s   was c alcu lated .       3.   RE SU L T S  AND  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Resul t s   A  to tal  o f   3 6 9   p atien ts   with   NSC L C   wer e  s tu d ied .   T h e  av er ag e  ag e  o f   th e  p atien ts   was  6 8 . 8 0   y ea r s ,   an d   2 5 6   ( 6 9 . 3 7 %)   o f   th e   p a tien ts   wer e  m ale.   His to lo g ic al  s u b ty p es  o f   th e  p atien ts   wer e:  1 3 5   ( ADC),     1 4 5   ( SC C ) ,   an d   8 9   ( L C C ) .   R e g ar d in g   clin ical  s tag es,  th er e  wer e  1 1 8   p atien ts   ( 3 1 . 9 7 %)  in   s tag e  I ,   4 9   p atien ts   ( 1 3 . 2 7 %)  in   s tag e  I I ,   a n d   2 0 2   p atien ts   ( 5 4 . 7 4 %)   in   s tag e  I I I .   T a b le s   2   an d   3   p r o v id es  s u m m ar y   o u tlin in g   d em o g r a p h ic  an d   clin ical  in f o r m atio n   ac r o s s   two   d is tin ct  d atasets .       T ab le  2 .   Dem o g r ap h ic  an d   clin ical  ch ar ac ter is tics   o f   th e  NSC L C - R ad io m ics d atase t   S u b j e c t   c h a r a c t e r i st i c s   ADC   S C C   LC C   N u mb e r   o f   su b j e c t s   42   1 1 9   89   G e n d e r   m a l e   26   84   55   G e n d e r   f e m a l e   16   35   34   A g e   m e a n   a g e   ( y e a r s)   6 7 . 3 1   6 9 . 7 4   6 7 . 3 2   A g e   r a n g e   4 5 . 7 2 - 8 5 . 6 0   3 3 . 6 8 - 8 8 . 3 8   4 6 . 3 4 - 9 1 . 7 0   S t a g e   I   9   18   13   S t a g e   II   3   20   4   S t a g e   I I I   30   81   72         T ab le  3 .   Dem o g r ap h ic  an d   clin ical  ch ar ac ter is tics   o f   th e  NSC L C - R ad io g en o m ics d ataset   S u b j e c t   c h a r a c t e r i st i c s   ADC   S C C   N u mb e r   o f   su b j e c t s   93   26   G e n d e r   m a l e   69   22   G e n d e r   f e m a l e   24   4   A g e   m e a n   a g e   ( y e a r s)   6 8 . 9 6   7 0 . 6 9   A g e   r a n g e   43 - 87   57 - 83   S t a g e   I   62   16   S t a g e   II   16   6   S t a g e   I I I   15   4       E ac h   tu m o r   v o lu m e  u n d er we n t  ex ten s iv e  ch ar ac ter izatio n   b y   ex tr ac tin g   a  co m p r eh e n s iv e  s et  o f     1 0 7   f ea tu r es.  T h ese  q u an titati v e  m ea s u r es  ca n   b e  ca te g o r iz ed   in to   t h r ee   p r im ar y   g r o u p s :   i)   m o r p h o lo g ical  ( s h ap e)   attr ib u tes,  ii)  s tatis tic al  attr ib u tes  o f   th e  f ir s t  o r d er ,   an d   iii)  tex tu r e  attr ib u tes.  T h e  tex tu r e  f ea tu r es   co n s is t  o f   2 4   t h e  g r a y   lev el  c o - o cc u r r e n ce   m atr ix   ( GL C M) ,   1 4   g r a y   lev el  d ep en d en ce   m at r ix   ( GL DM ) ,   1 6   th e   g r ay   lev el  r u n   le n g th   m at r ix   ( GL R L M) ,   1 6   th e  g r ay   lev el  s i ze   zo n e  m atr i x   ( GL SZM ) ,   an d   5   th e  n eig h b o r in g   g r ay   to n e  d if f e r en ce   m atr i x   ( N GT DM )   f ea tu r es.   T h e  an aly s is   o f   s tan d ar d ized   r ad io m ic   f ea tu r es   with   PC A  an d   t - SNE  was  d o n e  to   d et er m in e  th e   p r esen ce   o f   b atch - r elate d   v a r iab ilit y .   T h e  d im e n s io n ality   r ed u ctio n   m eth o d s   wer e  u s ed   to   v is u alize   th e  d is tr ib u tio n s   o f   f ea tu r es  an d   d eter m in e  p o s s ib le  clu s ter   tr en d s   r elate d   to   th e  s o u r ce   o f   d at a.   Fig u r e  1   clea r ly   s h o ws  d ataset - s p ec if ic  clu s ter in g ,   wh ich   is   s tr o n g   e v id en c e  o f   lar g e  b atch   ef f ec ts   o f   s ca n n er s ,   ac q u is itio n   p r o to co ls ,   an d   in s titu tio n al  p r a ctice .   B esid es   v is u al  ex am in atio n ,   th e  s tatis tical  s u m m ar ies  ( in   b atch )   o f   m ea n ,   m ed ian ,   an d   s tan d ar d   d ev iatio n   o f   f e atu r es we r e  ca lcu lated   t o   m ea s u r e  th e  i n ter - d ataset  v ar iatio n .   T o   r ed u ce   th ese  n o n - b i o lo g ic al  v ar iatio n s   th e  C o m B at  h ar m o n izatio n   alg o r ith m   was  u s ed   o n   th e   r ad io m ic  f ea tu r e  m atr i x .   C o m B at  is   an   em p ir ical  B ay es   ap p r o ac h   th at  is   co m m o n ly   u s ed   in   r ad io m ics  liter atu r e  to   co r r ec t  b atch   e f f ec t  wh ils t  m ain tain in g   b io lo g ically   m ea n in g f u l  s ig n al.   I n   t h is   wo r k ,   th e  b atch   co v ar iate  was  d ataset  o r ig in ,   an d   th e  h a r m o n izatio n   was  ac h iev ed   with   th e  u s e  o f   th e  p y co m b at  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp u ted   to mo g r a p h y  ima g in g   r a d io mics:  a   n o ve l a p p r o a c h   to   ea r ly - s ta g e  n o n - s ma ll …   ( R a viteja   B a leka i )   2475   im p lem en tatio n   at  h ttp s ://g ith u b . co m /J f o r tin 1 /C o m B atHa r m o n izatio n .   T h is   alg o r ith m   was  u s ed   o n   th e  tr an s p o s ed   f ea tu r e   m atr ix   to   m ak e  s u r e  th at  th er e   was p r o p e r   ad ju s tm en t a m o n g s t f ea tu r es.   Af ter   h ar m o n izatio n ,   th e  b atc h   co r r ec tio n   was  ag ain   test ed   b y   PC A  an d   t - SNE  an aly s i s .   Fig u r e  2   s h o ws th at  d ataset  s p ec if ic  clu s ter in g   was sig n if ican tly   less ,   an d   th er e  was le s s   o v er lap   in   f ea tu r e  d is tr ib u tio n s   b etwe en   b atch es.  T h ese  f in d in g s   s u p p o r t  th at  C o m B at  w as  an   ef f ec tiv e  way   o f   r ed u cin g   s ca n n er -   a n d     s ite - ef f ec ts   with o u t  lo s s   o f   d i s cr im in ativ e  in f o r m atio n   ab o u t  tu m o r s .   Su ch   h a r m o n izatio n   co n tr ib u ted   to   th e   s tr en g th   an d   r ep ea tab ilit y   o f   th e  r ad io m ic  f ea t u r es th at  wer e  t o   b e  f u r th er   m o d eled .               Fig u r e  1 .   T h e  PC A  an d   t - SNE  s ca tter   p lo t illu s tr ate  th e  d is tr ib u tio n   o f   th e  th r ee   s tag es c lass   d ataset               Fig u r e  2 .   T h e  PC A  an d   t - SNE  s ca tter   p lo t a f ter   h ar m o n izatio n       T o   id en tify   th e  m o s t  d is tin ctiv e  s u b s et  o f   f ea tu r es  an d   e n h an ce   m o d el  in ter p r etab ilit y ,   \   a  f ea tu r e  s elec tio n   s tr ateg y   u s in g   R FE  an d   L ASSO   was  im p lem en te d .   Fo r   R FE,   th e   f ea tu r e   co u n t   was  s et  to   1 5   wh ile  L ASSO  u s ed   a  r eg u lar izatio n   p ar am eter   λ   o f   0 . 1 .   T h e  n u m b er   o f   f ea t u r es  to   r etain   b y   R FE  ( n   =1 5 )   [ 2 2 ] ,   was  s et  b ased   o n   p r ev io u s   r ad io m ics  s tu d ies  r ep o r tin g   th at   s m all  f ea tu r e  s ets  im p r o v e   g en e r aliza tio n   wh ile  n o t   co m p r o m is in g   d is cr im in atio n   in   m ed ical  class if icatio n   task s   with   m u ltip le  cl ass es.  T h e  in itia l   ex p er im en tatio n   s h o wed   th at   s elec tin g   f ewe r   th an   1 0   f e atu r es  led   to   u n s tab le  class i f icatio n   wh ile  o v er     2 0   f ea tu r es  led   to   in cr ea s ed   o v er f itti n g   with o u t  p er f o r m a n c e  g ain .   Similar ly ,   th e  L ASSO   p en alty   p ar am eter     (λ   =0 . 1 )   [ 2 3 ]   was  d eter m in ed   em p ir ically   o n   th e  s tab ilit y   o f   th e  f ea tu r es  s elec ted   ac r o s s   f o ld s   an d   co n g r u en c e   with   r ad io m ics - b ased   NSC L C   ex p er im en ts   p u b lis h ed   in   th e  liter atu r e.   T h ese  p ar am eter s   o f f er   a  g o o d   co m p r o m is e  b etwe en   f ea tu r e   s elec tio n   an d   m o d el   co m p l ex ity ,   av o id in g   o v er f itti n g   a n d   e n s u r in g   b o th   in ter p r etab ilit y   an d   h ig h   p er f o r m an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 4 7 1 - 2 4 8 3   2476   So m e  o f   th e  r ad i o m ic  f ea tu r es  th at  ar e  m o s t  co m m o n ly   ch o s en   ar e  clin ically   r elev a n t.  Sh ap e   f ea tu r es,  in clu d in g   Ma jo r Ax is L en g th ,   Flatn ess ,   an d   Sp h er ic ity ,   ar e  in d icato r s   o f   tu m o r   s ize,   elo n g atio n ,   an d   g eo m etr ical  ir r eg u lar ity ,   wh ic h   h av e  b ee n   f o u n d   to   r is e  as  d is ea s e  s tag e  p r o g r ess es.  I m c1 ,   zo n e  en tr o p y ,   an d   Gr ay L ev elNo n Un if o r m ity   ar e   tex tu r e   m ea s u r es  u s ed   to   m e asu r e  in tr atu m o r al  h eter o g en e ity ,   wh ich   h as  b ee n   id en tifie d   to   b e  ass o ciate d   w ith   ag g r ess iv e  tu m o r   b eh av i o r   an d   n o d al  in v o lv em e n t.  T h e  s im ilar ity   in   th e   ch ar ac ter is tics   o f   th ese  f ea tu r es  in   b o th   f ea tu r e   s elec tio n   m eth o d s   in d icate s   th at  th e  m o d el  is   ca p tu r i n g   b io lo g ically   s ig n if ica n t  f ea tu r es,  as  o p p o s ed   to   th e   n o is e  f o u n d   in   th e  d ataset,   an d   en h an ce s   clin ical   in ter p r etab ilit y .   T h is   s elec tio n   p r o ce s s   with   L AS SO  an d   R F E   h ig h lig h ted   cr itical  f ea tu r es  r elev an t  to   NSC L C   s tag e  class if icatio n ,   as sh o wn   in   T ab les  4   an d   5 ,   wh ic h   d etai l n o v el  f ea tu r es id en tifie d   b y   e ac h   m eth o d .       T ab le  4 .   Selecte d   f ea tu r es f o r   ea ch   s tag e  b y   L ASSO a lg o r ith m     S t a g e   1   S t a g e   2   S t a g e   3   F e a t u r e s   F l a t n e ss ,   M a j o r   A x i s  Le n g t h ,   e n e r g y ,   i n t e r q u a r t i l e   r a n g e ,   mea n ,   c o a r se n e ss ,   st r e n g t h   9 0   P e r c e n t i l e ,   M a x i m u m,   I mc1 ,   I mc2 ,   S i z e   Z o n e   N o n - U n i f o r m i t y   F l a t n e ss ,   m a j o r   a x i s  l e n g t h ,   e n e r g y ,   med i a n ,   r o o t   m e a n   sq u a r e d ,   S k e w n e ss ,   I mc1 ,   G r a y Le v e l V a r i a n c e . 2 ,   l o w   g r a y   l e v e l   z o n e   e mp h a s i s,   z o n e   e n t r o p y ,   c o a r s e n e ss,   s t r e n g t h       T ab le  5 .   Selecte d   f ea tu r es f o r   ea ch   s tag e  b y   R FE  alg o r ith m     S t a g e   1   S t a g e   2   S t a g e   3   F e a t u r e s   M a j o r A x i sL e n g t h ,   M a x i m u m 2 D D i a met e r R o w ,   M a x i m u m 3 D D i a met e r ,   S p h e r i c i t y ,   1 0 P e r c e n t i l e ,   R o o t M e a n S q u a r e d ,   C l u s t e r P r o mi n e n c e ,   C o r r e l a t i o n ,   I mc1 ,   Jo i n t E n t r o p y ,   S mal l D e p e n d e n c e L o w G r a y Le v e l Em p h a s i s ,   R u n En t r o p y ,   Lo w G r a y Le v e l Z o n e Em p h a si s ,   S i z e Z o n e N o n U n i f o r mi t y N o r ma l i z e d ,   S mal l A r e a H i g h G r a y Le v e l Em p h a si s   M a j o r A x i sL e n g t h ,   S p h e r i c i t y ,   9 0 P e r c e n t i l e ,   C l u s t e r P r o m i n e n c e ,   C l u st e r S h a d e ,   C l u st e r Te n d e n c y ,   M C C ,   S u mA v e r a g e ,   G r a y Le v e l V a r i a n c e ,   H i g h G r a y Le v e l Em p h a si s ,   S mal l D e p e n d e n c e H i g h G r a y Le v e l Emp h a s i s,  G r a y L e v e l V a r i a n c e . 2 ,   Lo w G r a y Le v e l Z o n e Em p h a si s ,   Zo n e E n t r o p y ,   C o m p l e x i t y   F l a t n e ss ,   L e a s t A x i sLe n g t h ,   M a j o r A x i sL e n g t h ,   M e a n ,   R o o t M e a n S q u a r e d ,   U n i f o r m i t y ,   I mc1 ,   M C C ,   D e p e n d e n c e E n t r o p y ,   D e p e n d e n c e V a r i a n c e ,   G r a y Le v e l N o n U n i f o r mi t y N o r mal i z ed   G r a y Le v e l N o n U n i f o r mi t y N o r mal i z e d . 1 ,   G r a y Le v e l V a r i a n c e . 2 ,   H i g h G r a y Le v e l Z o n e Em p h a si s ,   S mal l A r e a L o w G r a y Le v e l Em p h a si s       T ab les  6   an d   7   s h o ws  th e  r es u lts   o f   th e  f iv e  m o d els  f o r   s tag in g   o f   NSC L C   p atien ts   u s in g   L ASSO  an d   R FE  f ea tu r e  s elec tio n   m e th o d s .   T h e  ar ea   u n d er   th e  c u r v e  ( AUC)   o f   th e   L R ,   SVM,   DT ,   R F ,   an d   XGB   m o d els  u s in g   L ASSO  was  0 . 7 7 3 9 ,   0 . 7 5 7 8 ,   0 . 6 8 8 6 ,   0 . 8 4 2 8 ,   an d   0 . 8 1 7 0 .   T h e   AUC  o f   th e   L R ,   SVM,   DT ,   R F ,   an d   XGB m o d els u s in g   R FE  was 0 . 8 3 8 5 ,   0 . 8 1 1 9 ,   0 . 7 9 9 4 ,   0 . 9 3 0 7 ,   an d   0 . 8 1 0 0 .     T h e  R F  class if ier ,   co m b in ed   with   R FE  f ea tu r e  s elec tio n ,   d em o n s tr ated   th e  b est  p er f o r m a n ce   am o n g   th e  class if ier s   in   o u r   s tu d y .   T h e  R F  m o d el  f o r   p r ed ictin g   t h e  s tag es  o f   NSC L C   p atien ts   h ad   an   ac cu r ac y   o f   0 . 8 1 1 4 ,   s en s itiv ity   o f   0 . 8 1 3 5 ,   s p ec if icity   o f   0 . 8 1 5 0 ,   F1 - s co r e   o f   0 . 8 1 4 2   an d   an   AUC o f   0 . 9 3 0 7 .   T h e  co n f u s io n   m atr ices  an d   r ec eiv er   o p e r at in g   ch ar ac ter is tic  ( R OC )   p lo ts   ar e  s h o wn   in   Fig u r e s   3   to   7   d em o n s tr ate  a   co m p ar is o n   o f   h o w  well  ea ch   class if icatio n   m eth o d   p er f o r m ed   wh en   u s in g   f ea tu r e  s elec tio n   with   L ASSO;   th is   s h o ws th e  en s em b le  m o d e ls   p er f o r m e d   b etter   th a n   th e  li n ea r   m o d els at  class if y in g   NSC L C   s tag es.    I n   a d d itio n ,   th e   co n f u s io n   m atr ices  an d   R OC   p lo ts   o b tain ed   f r o m   f ea tu r e   s elec tio n   wit h   R FE  ar e   d em o n s tr ated   in   Fig u r es  8   to   1 2 .   T h e  r esu lts   s h o wn   in   th ese  p lo ts   in d icate   th at  th e  R F  cl ass if ier   was   ab le  to   class if y   all  o f   th e  d if f er e n t stag es with   th e  b est d is cr im in atio n .   T h is   is   r ef lecte d   b y   its   h ig h est AUC.       T ab le  6 .   R esu lts   o f   th e  m o d els f o r   s tag in g   o f   NSC L C   p atien ts   with   L ASSO   C l a s si f i e r   Tr a i n i n g   a c c u r a c y   Te st   a c c u r a c y   V a l i d a t i o n   a c c u r a c y   S e n s i t i v i t y   S p e c i f i c i t y   F1 - s c o r e   AUC   LR   0 . 5 9 5 0   0 . 5 4 9 1   0 . 5 8 9 0   0 . 5 4 9 9   0 . 5 4 7 6   0 . 5 4 8 8   0 . 7 7 3 9   S V M   0 . 5 7 6 4   0 . 5 5 7 3   0 . 5 7 2 5   0 . 5 5 6 7   0 . 5 6 4 5   0 . 5 6 0 6   0 . 7 5 7 8   DT   1 . 0   0 . 5 8 1 9   0 . 5 4 9 6   0 . 5 8 5 9   0 . 5 8 6 1   0 . 5 8 6 0   0 . 6 8 8 6   RF   0 . 8 8 0 1   0 . 6 8 0 3   0 . 6 3 8 8   0 . 6 8 6 6   0 . 6 9 0 3   0 . 6 8 8 4   0 . 8 4 2 8   XGB   1 . 0   0 . 6 3 9 3   0 . 6 9 7 2   0 . 6 4 6 1   0 . 6 4 2 8   0 . 6 4 4 4   0 . 8 1 7 0       T ab le  7 .   R esu lts   o f   th e  m o d els f o r   s tag in g   o f   NSC L C   p atien ts   with   R FE   C l a s si f i e r   Tr a i n i n g   a c c u r a c y   Te st   a c c u r a c y   V a l i d a t i o n   a c c u r a c y   S e n s i t i v i t y   S p e c i f i c i t y   F 1   S c o r e   AUC   LR   0 . 7 2 3 1   0 . 6 8 0 3   0 . 6 9 6 0   0 . 6 7 9 8   0 . 6 9 2 9   0 . 6 8 6 3   0 . 8 3 8 5   S V M   0 . 6 0 5 3   0 . 5 8 1 9   0 . 5 9 7 2   0 . 5 7 4 6   0 . 5 9 6 5   0 . 5 8 5 3   0 . 8 1 1 9   DT   1 . 0   0 . 7 2 9 5   0 . 7 0 2 8   0 . 7 3 3 7   0 . 7 3 2 8   0 . 7 3 3 3   0 . 7 9 9 4   RF   1 . 0   0 . 8 1 1 4   0 . 7 7 0 6   0 . 8 1 3 5   0 . 8 1 5 0   0 . 8 1 4 2   0 . 9 3 0 7   XGB   1 . 0   0 . 6 0 6 5   0 . 6 6 1 0   0 . 6 0 8 8   0 . 6 0 1 9   0 . 6 0 5 3   0 . 8 1 0 0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp u ted   to mo g r a p h y  ima g in g   r a d io mics:  a   n o ve l a p p r o a c h   to   ea r ly - s ta g e  n o n - s ma ll …   ( R a viteja   B a leka i )   2477         Fig u r e  3 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   L R   u s in g   L A SS O  in   NS C L C   s tag e s   class if i ca tio n             Fig u r e  4 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   SVM  u s in g   L ASSO in   NS C L C   s tag es c las s i f icatio n             Fig u r e  5 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   DT   u s in g   L A SS O  in   NS C L C   s tag e s   class if i ca tio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 4 7 1 - 2 4 8 3   2478         Fig u r e  6 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   R F u s in g   L A SS O  in   NS C L C   s tag e s   class if i ca tio n             Fig u r e  7 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   XGBo o s t u s in g   L ASSO in   NSC L C   s tag es  class if icatio n             Fig u r e  8 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   L R   u s in g   R FE  in   NSC L C   s tag e s   class if icat io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp u ted   to mo g r a p h y  ima g in g   r a d io mics:  a   n o ve l a p p r o a c h   to   ea r ly - s ta g e  n o n - s ma ll …   ( R a viteja   B a leka i )   2479         Fig u r e  9 .   C o n f u s io n   m atr i x   an d   R OC   cu r v e  o f   SVM  u s in g   R FE  in   NSC L C   s tag es c las s if ic atio n             Fig u r e  1 0 .   C o n f u s io n   m atr ix   a n d   R OC   cu r v e  o f   DT   u s in g   R FE  in   NSC L C   s tag es c las s if ic atio n             Fig u r e  1 1 .   C o n f u s io n   m atr ix   a n d   R OC   cu r v e  o f   R F u s in g   R FE  in   NSC L C   s tag e s   class if icat io n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,   J u n e  2 0 2 6 :   2 4 7 1 - 2 4 8 3   2480         Fig u r e  1 2 .   C o n f u s io n   m atr ix   a n d   R OC   cu r v e  o f   XGBo o s t u s in g   R FE  in   NSC L C   s tag es c la s s if icatio n       3 . 2 .     Dis cus s io n   I n   r ec en t  y ea r s ,   r ad io m ics - b a s ed   m o d els  o f   NSC L C   h is to l o g ical  an d   clin ical  s tag in g   class if icatio n   h av e  o b tain ed   co n s id er ab le  i n ter est  o win g   to   th eir   ca p ac i ty   to   q u a n titativ ely   an aly ze   t u m o r   p r o p er ties   in   ter m s   o f   im ag in g   i n f o r m atio n .   T h e  m o d els  ar e  a  n o n - in v asiv e,   ef f icien t,  an d   o b jectiv e  alter n ativ e  to   th e  co n v en tio n al  s tag in g   p r o ce d u r es  lik e  b io p s y   an d   m an u al  im ag in g   in ter p r etatio n .   I n   th at  o u r   m o d el  is   b u ilt  o n   r ad io m ic  f ea tu r es  o b tain e d   b y   C T   im ag es,  wh ich   ca n   p r ed ic t  th e  s tag e  o f   NSC L C   with   h ig h   ac cu r a cy   an d   is   co n s is ten t  with   th e  in cr ea s in g   liter atu r e  o n   ML - b ased   ca n c er   d iag n o s tics .   R ec en t  in v esti g atio n s   h av e  s h o wn   th at  r ad io m ics  b ased   o n   C T   a n d   ML   ca n   d eliv e r   s tr o n g   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   NSC L C   s tag in g   an d   r elate d   clin ical  p r ed ictio n   ac tiv ities   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   So m e  s tu d ies  h av e  also   p o in ted   o u t  th e  p o s s ib ilit ies  o f   lu n g   ca n ce r   s tag in g   u s in g   r ad io m ics.     Yu   et  a l.   [ 2 6 ]   p r o p o s ed   th e  m o d el  to   p r e d ict  th e  p ath o l o g ic al  s tag e  ( I A  g r ad e  to   I V)   o f   N SC L C   b a s ed   o n   C T   r ad io m ic  f ea tu r es,  an d   r ep o r ted   th at  a  R F  cla s s if ier   h ad   b etter   av er ag e  p r ec is io n   in   b o th   lu n g   ADC    ( AP   =0 . 8 4 )   a n d   lu n g   SC C   ( AP   =0 . 6 2 ) .   Nev e r th eless ,   th eir   r esear ch   in d icate d   th at  t h ey   h ad   lim itatio n s   ass o ciate d   with   th e   g en er aliza b ilit y   o f   th e   m o d el  an d   o v er f itti n g .   T h ese   f in d i n g s   h av e   b e en   s tr en g t h en ed   b y   m o r e  r ec e n t  m u lticen ter   s tu d i es  th at  h av e  also   u n d er s co r e d   th e  n ee d   to   h av e  s tr o n g   v alid a tio n   p lan s   th at  ca n   g u ar an tee  th e   g en e r aliza b ilit y   o f   r esu lts   to   h eter o g en eo u s   d at asets   [ 2 7 ] ,  [ 2 8 ] .   S h i m a d a   e t  a l.   [ 2 9 ]   i n v e s t i g a t e d   th e  u s e  o f   C T - b a s ed   r ad i o m ic s   w i t h   an   AI - b a s e d   ap p r o a ch   to   p r ed i c t   t h e   p a th o lo g i ca l   l y m p h   n o d e   m e t a s t a s i s   i n   e ar l y - s t ag e   N S C L C   w i t h   a n   ac c u r a cy   o f   0 . 6 5 .   S i m i la r l y ,   Y i n   e t  a l .   [ 3 0 ]   d e m o n s t r a t e d   t h a t   th e  u s e  o f   C T   r a d io m i c s   c o m b i n ed   w i th   d e ep   l e a r n i n g   a p p r o a ch e s   ca n   b e  u s e d   to   p r e d i c t  l y m p h   n o d e  m e t a s t a s i s   o f   e a r ly - s t ag e   lu n g   A D C   m o r e  a c cu r a t e ly ,   w h i c h   l e ad s   t o   t h e   g r o w in g   i m p o r t a n ce   o f   h i g h er   M L   t e c h n i q u e s   in   im p r o v in g   s t a g in g   r e s u l t s .   Ub a l d i  e t   a l .   [ 3 1 ]   u s e d   a   M L   m o d e l   t o   p r ed i c t   l u n g   ca n c er   s t a g e s   ( I   to   I I )   an d   h i s t o l o g y   w i t h   l i m i te d   s a m p l e s   o f   C T   d a t a   w i th   A U C   v a l u e s   o f   0 . 7 2 ± 0 . 0 4   w i t h   th e   R F   a n d   0 . 8 4 ± 0 . 0 3   w i th   a  l i n e ar   S V M .   L i n   e t  a l .   [ 3 2 ]   c am e  u p   w i th   a    m o d e l   t h a t   c a te g o r i z e s   b o th   h i s t o l o g i c a l  s u b ty p e  a n d   c l i n i c a l   s t a g e  ( I   t o   I I I )   o f   N S C L C   w i t h   a  s t a g in g     A U C   o f   0 . 8 8 1 .   R e c en t   s t u d ies   in   [ 2 4 ] ,   [ 3 3 ]   h a v e   a l s o   s h o w n   t h a t   C T   r a d io m i c s - b a s e d   M L   c l a s s i f i e r s ,   in   p a r t i cu l a r   t h e  RF   c l a s s i f i e r s ,   c o u ld   a l s o   b e   s t r o n g   an d   s ta b l e   in   t h e   s t a g in g   o f   N S C L C   w h e n   te s t e d   o n   m u l t i c en t e r   d a ta s e t s .   T h e   m o d el  will  in c o r p o r ate  s o m e  o f   th e   lim itatio n s   th at  wer e  o b s er v e d   in   ea r lier   r esear ch es.  F ea tu r e   s elec tio n   with   L AS SO  an d   R FE  was  u s ed   a s   th e  in itial   s ta g e  o f   d ata  d im en s io n ality   r ed u ctio n ,   an d   th e  latter   is   im p o r tan t  to   in cr ea s e  th e  lik elih o o d   o f   i n ter p r etin g   th e  r esu lts   s in ce   R FE  o n ly   co n s id er s   th e  m o s t   s ig n if ican t  r ad io m ic   f ea tu r es  t o   s tag e  th e  d ata.   T h e   s u cc ess   o f   L ASSO - b ased   f ea t u r e  s el ec tio n   in   r a d io m ics  h as  b ee n   ad e q u ately   r ep o r ted .   Pas in i  et  a l.   [ 3 4 ]   d e m o n s tr ated   th at  L ASSO  was  ef f ec tiv e  in   elim in atin g   ir r elev an t  f ea tu r es  an d   e n h an cin g   m o d el  ac cu r ac y   to   p r ed i ct  h is to p ath o lo g ical  s u b t y p es  o f   NSC L C .   On   th e  s am e  n o te,   th e   r esu lts   in d icate   th at  th e  ad d itio n   o f   L ASSO o r   R FE  w ith   en s em b le - b ased   class if ier s ,   e s p ec ially   th e  R F,  r esu lts   in   g r ea ter   s tag in g   p er f o r m a n ce .   T h e  s ec o n d   im p o r ta n t  im p r o v em en t  o f   o u r   r esear ch   is   th e  d ir ec t  m an ag em en t  o f   th e  class   im b alan ce   th at  is   an   in h er en t  p r o b lem   in   m ed ical  im ag in g   d ata  in   w h ich   s p ec if ic  ca n ce r   s tag es  ar e  u n d er r e p r esen ted .   Mo d els  th at  a r e  tr ai n ed   with   u n b alan ce d   s am p les  will  g i v e  a d v an tag e   to   m ajo r ity   class es  an d   e v en tu ally   m ak e   b iased   p r e d ictio n s   as  o th er   p r ev io u s   r a d io m ics  s tu d ies  h av e   o b s er v e d   [ 3 5 ] .   T h is   p r o b lem   is   s o lv ed   b y   u s in g   th e  SMOT E   to   tr ain   o n ly   th e   tr ain in g   d ata,   an d   th is   s o lv e d   th e   p r o b lem   a n d   th e  class if icatio n   was  b etter ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.