Severity-stratification of interstitial lung disease by deep learning enabled assessment and quantification of lesion indicators from HRCT images

医学 列线图 间质性肺病 多元统计 放射科 阶段(地层学) 多元分析 卷积神经网络 接收机工作特性 内科学 人工智能 计算机科学 机器学习 生物 古生物学
作者
Yexin Lai,Xueyu Liu,Fan Fan Hou,Zhiyong Han,E Linning,Ningling Su,Dianrong Du,Zhichong Wang,Wen Zheng,Yongfei Wu
出处
期刊:Journal of X-ray Science and Technology [IOS Press]
卷期号:32 (2): 323-338 被引量:1
标识
DOI:10.3233/xst-230218
摘要

BACKGROUND: Interstitial lung disease (ILD) represents a group of chronic heterogeneous diseases, and current clinical practice in assessment of ILD severity and progression mainly rely on the radiologist-based visual screening, which greatly restricts the accuracy of disease assessment due to the high inter- and intra-subjective observer variability. OBJECTIVE: To solve these problems, in this work, we propose a deep learning driven framework that can assess and quantify lesion indicators and outcome the prediction of severity of ILD. METHODS: In detail, we first present a convolutional neural network that can segment and quantify five types of lesions including HC, RO, GGO, CONS, and EMPH from HRCT of ILD patients, and then we conduct quantitative analysis to select the features related to ILD based on the segmented lesions and clinical data. Finally, a multivariate prediction model based on nomogram to predict the severity of ILD is established by combining multiple typical lesions. RESULTS: Experimental results showed that three lesions of HC, RO, and GGO could accurately predict ILD staging independently or combined with other HRCT features. Based on the HRCT, the used multivariate model can achieve the highest AUC value of 0.755 for HC, and the lowest AUC value of 0.701 for RO in stage I, and obtain the highest AUC value of 0.803 for HC, and the lowest AUC value of 0.733 for RO in stage II. Additionally, our ILD scoring model could achieve an average accuracy of 0.812 (0.736 - 0.888) in predicting the severity of ILD via cross-validation. CONCLUSIONS: In summary, our proposed method provides effective segmentation of ILD lesions by a comprehensive deep-learning approach and confirms its potential effectiveness in improving diagnostic accuracy for clinicians.

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