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Enregistrement W4200313985 · doi:10.1101/2021.12.07.21267364

COVID-19 Prognostic Modeling Using CT Radiomic Features and Machine Learning Algorithms: Analysis of a Multi-Institutional Dataset of 14,339 Patients

2021· preprint· en· W4200313985 sur OpenAlexaff
Isaac Shiri, Yazdan Salimi, Masoumeh Pakbin, Ghasem Hajianfar, Atlas Haddadi Avval, Amirhossein Sanaat, Shayan Mostafaei, Azadeh Akhavanallaf, Abdollah Saberi, Zahra Mansouri, Dariush Askari, Mohammadreza Ghasemian, Ehsan Sharifipour, Saleh Sandoughdaran, Ahmad Sohrabi, Elham Sadati, Somayeh Livani, Pooya Iranpour, Shahriar Kolahi, Maziar Khateri, Salar Bijari, Mohammad Reza Atashzar, Sajad P. Shayesteh, Bardia Khosravi, Mohammad Reza Babaei, Elnaz Jenabi, Mohammad Hasanian, Alireza Shahhamzeh, Abolfazl Mozafari, Arash Teimouri, Fatemeh Movaseghi, Azin Ahmari, Neda Goharpey, Rama Bozorgmehr, Hesamaddin Shirzad‐Aski, R. Mortazavi, Jalal Karimi, Nazanin Mortazavi, Sima Besharat, Mandana Afsharpad, Hamid Abdollahi, Parham Geramifar, Amir Reza Radmard, Hossein Arabi, Kiara Rezaei‐Kalantari, Mehrdad Oveisi, Arman Rahmim, Habib Zaidi

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiomics and Machine Learning in Medical Imaging
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésRandom forestArtificial intelligenceFeature selectionReceiver operating characteristicLinear discriminant analysisPattern recognition (psychology)Computer scienceNaive Bayes classifierMachine learningAdaBoostLasso (programming language)AlgorithmSupport vector machineMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Objective In this large multi-institutional study, we aimed to analyze the prognostic power of computed tomography (CT)-based radiomics models in COVID-19 patients. Methods CT images of 14,339 COVID-19 patients with overall survival outcome were collected from 19 medical centers. Whole lung segmentations were performed automatically using a previously validated deep learning-based model, and regions of interest were further evaluated and modified by a human observer. All images were resampled to an isotropic voxel size, intensities were discretized into 64-binning size, and 105 radiomics features, including shape, intensity, and texture features were extracted from the lung mask. Radiomics features were normalized using Z-score normalization. High-correlated features using Pearson (R 2 >0.99) were eliminated. We applied the Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOT) algorithm in only the training set for different models to overcome unbalance classes. We used 4 feature selection algorithms, namely Analysis of Variance (ANOVA), Kruskal- Wallis (KW), Recursive Feature Elimination (RFE), and Relief. For the classification task, we used seven classifiers, including Logistic Regression (LR), Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO), Linear Discriminant Analysis (LDA), Random Forest (RF), AdaBoost (AB), Naïve Bayes (NB), and Multilayer Perceptron (MLP). The models were built and evaluated using training and testing sets, respectively. Specifically, we evaluated the models using 10 different splitting and cross-validation strategies, including different types of test datasets (e.g. non-harmonized vs. ComBat-harmonized datasets). The sensitivity, specificity, and area under the receiver operating characteristic (ROC) curve (AUC) were reported for models evaluation. Results In the test dataset (4301) consisting of CT and/or RT-PCR positive cases, AUC, sensitivity, and specificity of 0.83±0.01 (CI95%: 0.81-0.85), 0.81, and 0.72, respectively, were obtained by ANOVA feature selector + RF classifier. In RT-PCR-only positive test sets (3644), similar results were achieved, and there was no statistically significant difference. In ComBat harmonized dataset, Relief feature selector + RF classifier resulted in highest performance of AUC, reaching 0.83±0.01 (CI95%: 0.81-0.85), with sensitivity and specificity of 0.77 and 0.74, respectively. At the same time, ComBat harmonization did not depict statistically significant improvement relevant to non-harmonized dataset. In leave-one-center-out, the combination of ANOVA feature selector and LR classifier resulted in the highest performance of AUC (0.80±0.084) with sensitivity and specificity of 0.77 ± 0.11 and 0.76 ± 0.075, respectively. Conclusion Lung CT radiomics features can be used towards robust prognostic modeling of COVID-19 in large heterogeneous datasets gathered from multiple centers. As such, CT radiomics-based model has significant potential for use in prospective clinical settings towards improved management of COVID-19 patients.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,045
Tête enseignante GPT0,339
Écart entre enseignants0,294 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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