Towards large-scale case-finding: training and validation of residual networks for detection of chronic obstructive pulmonary disease using low-dose CT
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is underdiagnosed in the community. Thoracic CT scans are widely used for diagnostic and screening purposes for lung cancer. In this proof-of-concept study, we aimed to evaluate a software pipeline for the automated detection of COPD, based on deep learning and a dataset of low-dose CTs that were performed for early detection of lung cancer. METHODS: We examined the use of deep residual networks, a type of artificial residual network, for the automated detection of COPD. Three versions of the residual networks were independently trained to perform COPD diagnosis using random subsets of CT scans collected from the PanCan study, which enrolled ex-smokers and current smokers at high risk of lung cancer, and evaluated the networks using three-fold cross-validation experiments. External validation was performed using 2153 CT scans acquired from a separate cohort of individuals with COPD in the ECLIPSE study. Spirometric data were used to define COPD, with stages defined according to the GOLD criteria. FINDINGS: The best performing networks achieved an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) of 0·889 (SD 0·017) in three-fold cross-validation experiments. When the same set of networks was applied to the ECLIPSE cohort without any modifications to the trained models, they achieved an AUC of 0·886 (0·017), a positive predictive value of 0·847 (0·056), and a negative predictive value of 0·755 (0·097), which is a greater performance than the best quantitative CT measure, the percentage of lung volumes of less than or equal to -950 Hounsfield units (AUC 0·742). INTERPRETATION: Our proposed approach could identify patients with COPD among ex-smokers and current smokers without a previous diagnosis of COPD, with clinically acceptable performance. The use of deep residual networks on chest CT scans could be an effective case-finding tool for COPD detection and diagnosis, particularly in ex-smokers and current smokers who are being screened for lung cancer. FUNDING: Data Science Institute, University of British Columbia; Canadian Institutes of Health Research.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,011 | 0,025 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».