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Enregistrement W4283030324 · doi:10.1101/2022.06.15.22276090

Two-Step Machine Learning to Diagnose and Predict Involvement of Lungs in COVID-19 and Pneumonia using CT Radiomics

2022· preprint· en· W4283030324 sur OpenAlexaff
Pegah Moradi Khaniabadi, Yassine Bouchareb, Humoud Al Dhuhli, Isaac Shiri, Faiza Al Kindi, Bita Moradi Khaniabadi, Habib Zaidi, Arman Rahmim

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2022
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueRadiomics and Machine Learning in Medical Imaging
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRandom forestArtificial intelligenceFeature selectionComputer scienceMachine learningSupport vector machineCorrelationMajority ruleRadiomicsOversamplingPattern recognition (psychology)HistogramPneumoniaDecision treeFeature (linguistics)MedicineMathematicsImage (mathematics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Objective We aimed to develop a two-step machine learning (ML) based model to diagnose and predict involvement of lungs in COVID-19 and non COVID-19 pneumonia patients using CT chest radiomic features. Methods Three hundred CT scans (3-classes: 100 COVID-19, 100 pneumonia, and 100 healthy subjects) were enrolled in this study. Diagnostic task included 3-class classification. For severity prediction, two radiologists scored involvement of lungs in COVID-19 and pneumonia scans based on percentage of involvement in all 5 lobes. Datasets were classified into mild (0-25%), moderate (26-50%), and severe (>50%). Whole lungs were segmented utilizing deep learning-based segmentation method. Altogether, 107 features including shape, first-order histogram, second and high order texture features were extracted. For both tasks, datasets were randomly divided into 90% training sets (70% and 30% for training and validation, respectively) and 10% test sets. Pearson correlation coefficient (PCC≥90%) was performed to exclude highly correlated features. Subsequently, different feature selection algorithms (Correlation attribute evaluation, Information gain attribute, Wrapper Subset selection algorithm, Relief method, and Correlation-based feature selection) were assessed. The most pertinent features were finally selected using voting method based on the evaluation of all algorithms. Several ML-based supervised algorithms were utilized, namely Naïve Bays, Support Vector Machine, Bagging, Random Forest, K-nearest neighbors, Decision Tree and Ensemble Meta voting. The synthetic minority oversampling technique (SMOTE) was used to balance the three classes in training sets. The optimal model was first selected based on precision, recall and area-under-curve (AUC) by randomizing the training/validation sets 20 times, followed by testing using the test set. To ensure the repeatability of the results, the entire process was repeated 50 times. Results Nine pertinent features (2 shape, 1 first-order, and 6 second-order features) were obtained after feature selection for both phases. In diagnostic task, the performance of 3-class classification using Random Forest was 0.909±0.026, 0.907±0.056, 0.902±0.044, 0.939±0.031, and 0.982±0.010 for precision, recall, F1-score, accuracy, and AUC, respectively. The severity prediction task using Random Forest achieved 0.868±0.123 precision, 0.865±0.121 recall, 0.853±0.139 F1-score, 0.934±0.024 accuracy, and 0.969±0.022 AUC. Conclusion The two-phase ML-based model accurately classified COVID-19 and pneumonia patients using CT radiomics, and adequately predicted severity of lungs involvement. This 2-steps model showed great potential in assessing COVID-19 CT images towards improved management of 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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,820
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,024
Tête enseignante GPT0,326
Écart entre enseignants0,302 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeObservationnel
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

Citations7
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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