Meniscal lesion detection and characterization in adult knee MRI: A deep learning model approach with external validation

医学 接收机工作特性 冠状面 矢状面 深度学习 磁共振成像 卷积神经网络 病变 曼惠特尼U检验 放射科 人工智能 核医学 外科 计算机科学 内科学
作者
Benoît Rizk,Hugues Brat,Pascal Zille,Raphaël Guillin,C. Pouchy,Chloé Adam,Roberto Ardon,Gaspard d’Assignies
出处
期刊:Physica Medica [Elsevier BV]
卷期号:83: 64-71 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.ejmp.2021.02.010
摘要

Abstract

Purpose

Evaluation of a deep learning approach for the detection of meniscal tears and their characterization (presence/absence of migrated meniscal fragment).

Methods

A large annotated adult knee MRI database was built combining medical expertise of radiologists and data scientists' tools. Coronal and sagittal proton density fat suppressed-weighted images of 11,353 knee MRI examinations (10,401 individual patients) paired with their standardized structured reports were retrospectively collected. After database curation, deep learning models were trained and validated on a subset of 8058 examinations. Algorithm performance was evaluated on a test set of 299 examinations reviewed by 5 musculoskeletal specialists and compared to general radiologists' reports. External validation was performed using the publicly available MRNet database. Receiver Operating Characteristic (ROC) curves results and Area Under the Curve (AUC) values were obtained on internal and external databases.

Results

A combined architecture of meniscal localization and lesion classification 3D convolutional neural networks reached AUC values of 0.93 (95% CI 0.82, 0.95) for medial and 0.84 (95% CI 0.78, 0.89) for lateral meniscal tear detection, and 0.91 (95% CI 0.87, 0.94) for medial and 0.95 (95% CI 0.92, 0.97) for lateral meniscal tear migration detection. External validation of the combined medial and lateral meniscal tear detection models resulted in an AUC of 0.83 (95% CI 0.75, 0.90) without further training and 0.89 (95% CI 0.82, 0.95) with fine tuning.

Conclusion

Our deep learning algorithm demonstrated high performance in knee menisci lesion detection and characterization, validated on an external database.

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