Radiology:人工智能,使自动检测和分类MRI腰椎中央管、侧隐窝、神经孔狭窄成为可能

2021-11-20 shaosai MedSci原创

腰椎管狭窄症(LSS)是一种十分常见的疾病,极大影响人们的生活质量。大多数LSS患者表现为下背部疼痛,这也是寻求治疗的主要原因。

腰椎管狭窄症(LSS)是一种十分常见的疾病,极大影响人们的生活质量。大多数LSS患者表现为下背部疼痛,这也是寻求治疗的主要原因。很大一部分患者最终要接受腰椎MRI检查以进行诊断和治疗。

腰椎MRI是评估LSS的一个重要工具,可以准确评估中央管、侧凹和神经孔的情况。每个区域的狭窄程度在均在治疗中起到不同的作用,但在报告中详细说明这些信息十分繁琐且耗时。此外,LSS有多个分级系统,缺乏标准化的统一。

最近引进的几个可协助评估成像模式的深度学习(DL)系统,包括膝关节MRI和CT血管成像诊断脑动脉瘤均表现出较好的诊断性能。先前提出的腰椎MRI的DL系统已经显示出极大前景,特别是使用卷积神经网络(CNN),可以从图像中自动学习代表性特征来执行分类任务。使用CNN对MRI上的LSS进行自动分级,可以提高评估的一致性、准确性和客观性。

目前,据我们所知,还没有开发出评估腰椎所有三个感兴趣区域(ROI)狭窄的DL模型。近日,发表在Radiology杂志的一项研究开发了一个DL模型,利用轴位和矢状位MRI序列自动检测和分类腰椎中央管、侧凹和神经孔狭窄的情况并与内部测试集上的亚专业放射医师的性能进行比较同时DL模型的性能和普适性也在外部测试集上进行了评估为放射科医生提供一个准确可靠的LSS诊断工具

本项研究纳入了2015年9月至2018年9月进行的腰椎MRI扫描图像。使用轴T2加权和矢状T1加权的图像。研究被分成内部训练集(80%)、验证集(9%)和测试集(11%)。训练数据由四位放射科医生使用预先定义的分级(正常、轻度、中度和重度)进行标记。开发了一个由两部分组成的DL模型。首先,训练一个卷积神经网络(CNN)来检测感兴趣的区域(ROI),第二个CNN用于分类。内部测试集由一位有31年经验的肌肉骨骼放射学家(参考标准)和两位亚专业放射学家(放射学家1:A.M.,有5年经验;放射学家2:J.T.P.D.H.,有9年经验)标记。对外部测试集的DL模型性能进行了评估。计算了检测召回率(百分比)、治疗者间的一致性(Gwet κ)、敏感性和特异性。

分析了446份MRI腰椎图像(446名患者;平均年龄±标准差,52岁±19岁;240名女性),其中396名患者在训练(80%)和验证(9%)集,50名(11%)在内部测试集。在内部测试中,DL模型和放射科医生中央管召回率大于99%,与放射科医生2(97.1%)相比,DL模型(84.5%)和放射科医生1(83.9%)的神经孔召回率降低(P < .001)。对于内部测试,二分法分类(正常或轻度vs中度或重度)显示放射科医生和DL模型几乎完全一致,中央管的κ值分别为0.98、0.98和0.96;侧凹为0.92、0.95和0.92;神经孔为0.94、0.95和0.89(P<.001)。用100张腰椎的MRI扫描进行的外部测试显示,DL模型对所有ROI的二分法分类几乎完全一致(κ,0.95-0.96;P < .001)。

 图中显示了两部分深度学习(DL)模型的流程图。首先,该模型在轴向T2加权图像上进行兴趣区域(ROI)检测(所示为中央管和一侧凹陷),然后将每个ROI分类为正常、轻度、中度或重度狭窄。在矢状面T1加权图像上,双分量DL模型也被用于神经性椎管狭窄的检测和分类。DL模型的预测对用户来说是完全透明的,在沿腰椎的ROI处显示为彩色编码的边界框。分级旁边的百分比分数代表预测类别的概率。CNN = 卷积神经网络。

本研究表明所提出的深度学习(DL)模型可用于快速评估MRI为基础的腰椎管狭窄(LSS)。现阶段在临床实践中,LSS的诊断仍然依赖于放射科医生的主观意见。本研究提出的DL模型可以在放射科医生的监督下提供半自动化的评估及报告,更一致和客观的报告的提出提供了技术支持。DL模型的进一步发展可由国际专家组成的共识小组参与,以减少任何标签错误和偏见。同时DL模型也可以在MRI上对LSS的纵向随访进行评估。

原文出处

James Thomas Patrick Decourcy Hallinan,Lei Zhu,Kaiyuan Yang ,et al.Deep Learning Model for Automated Detection and Classification of Central Canal, Lateral Recess, and Neural Foraminal Stenosis at Lumbar Spine MRI.DOI:10.1148/radiol.2021204289

作者:shaosai

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  1. 2021-11-21 查查佳佳

    大影响人们的生活质量。大多数LSS患者表

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  2. 2021-11-21 学医无涯

    学习一下

    0

  3. 2021-11-20 yangchou

    好文章,值得一读。

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