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Enregistrement W4294085647 · doi:10.1038/s41598-022-18994-z

High-dimensional multinomial multiclass severity scoring of COVID-19 pneumonia using CT radiomics features and machine learning algorithms

2022· article· en· W4294085647 sur OpenAlexaff
Isaac Shiri, Shayan Mostafaei, Atlas Haddadi Avval, Yazdan Salimi, Amirhossein Sanaat, Azadeh Akhavanallaf, Hossein Arabi, Arman Rahmim, Habib Zaidi

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2022
Typearticle
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-clésCoronavirus disease 2019 (COVID-19)RadiomicsPneumonia2019-20 coronavirus outbreakSevere acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)Computer scienceArtificial intelligenceMultinomial distributionMachine learningAlgorithmMedicinePathologyMathematicsInternal medicineStatisticsDisease

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract We aimed to construct a prediction model based on computed tomography (CT) radiomics features to classify COVID-19 patients into severe-, moderate-, mild-, and non-pneumonic. A total of 1110 patients were studied from a publicly available dataset with 4-class severity scoring performed by a radiologist (based on CT images and clinical features). The entire lungs were segmented and followed by resizing, bin discretization and radiomic features extraction. We utilized two feature selection algorithms, namely bagging random forest (BRF) and multivariate adaptive regression splines (MARS), each coupled to a classifier, namely multinomial logistic regression (MLR), to construct multiclass classification models. The dataset was divided into 50% (555 samples), 20% (223 samples), and 30% (332 samples) for training, validation, and untouched test datasets, respectively. Subsequently, nested cross-validation was performed on train/validation to select the features and tune the models. All predictive power indices were reported based on the testing set. The performance of multi-class models was assessed using precision, recall, F1-score, and accuracy based on the 4 × 4 confusion matrices. In addition, the areas under the receiver operating characteristic curves (AUCs) for multi-class classifications were calculated and compared for both models. Using BRF, 23 radiomic features were selected, 11 from first-order, 9 from GLCM, 1 GLRLM, 1 from GLDM, and 1 from shape. Ten features were selected using the MARS algorithm, namely 3 from first-order, 1 from GLDM, 1 from GLRLM, 1 from GLSZM, 1 from shape, and 3 from GLCM features. The mean absolute deviation, skewness, and variance from first-order and flatness from shape, and cluster prominence from GLCM features and Gray Level Non Uniformity Normalize from GLRLM were selected by both BRF and MARS algorithms. All selected features by BRF or MARS were significantly associated with four-class outcomes as assessed within MLR (All p values < 0.05). BRF + MLR and MARS + MLR resulted in pseudo-R 2 prediction performances of 0.305 and 0.253, respectively. Meanwhile, there was a significant difference between the feature selection models when using a likelihood ratio test ( p value = 0.046). Based on confusion matrices for BRF + MLR and MARS + MLR algorithms, the precision was 0.856 and 0.728, the recall was 0.852 and 0.722, whereas the accuracy was 0.921 and 0.861, respectively. AUCs (95% CI) for multi-class classification were 0.846 (0.805–0.887) and 0.807 (0.752–0.861) for BRF + MLR and MARS + MLR algorithms, respectively. Our models based on the utilization of radiomic features, coupled with machine learning were able to accurately classify patients according to the severity of pneumonia, thus highlighting the potential of this emerging paradigm in the prognostication and 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)0,006
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 enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,015

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
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 Opus0,021
Tête enseignante GPT0,294
Écart entre enseignants0,273 · 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

Citations38
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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