Development of an image classification pipeline for atherosclerotic plaques assessment using supervised machine learning
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: During atherosclerosis, the narrowing of the arterial lumen is observed through the accumulation of bio compounds and the formation of plaque within artery walls. A non-linear optical imaging modality (NLOM), coherent anti-stokes Raman scattering (CARS) microscopy, can be used to image lipid-rich structures commonly found in atherosclerotic plaques. By matching the lipid's molecular vibrational frequencies (CH bonds), it is possible to map the accumulation of lipid-rich structures without the need for exogenous labelling and/or processing of the samples. CARS allows for the visualization of the morphological features of plaque. In combination with supervised machine learning, CARS imaged morphological features can be used to characterize the progression of atherosclerotic plaques. RESULTS: Based on a set of label-free CARS images of atherosclerotic plaques (i.e. foam cell clusters) from a Watanabe heritable hyperlipidemic rabbit model, we developed an automated pipeline to classify atherosclerotic lesions based on their major morphological features. Our method uses image preprocessing to first improve the quality of the CARS-imaged plaque, followed by the segmentation of the plaque using Otsu thresholding, marker-controlled watershed, K-means segmentation and a novel independent foam cell thresholding segmentation. To define relevant morphological features, 27 quantitative features were extracted and further refined by a novel coefficient of variation feature refinement method in accordance with filter-type feature selection. Refined morphological features were supplied into three supervised machine learning algorithms; K-nearest neighbour, support vector machine and decision tree classifier. The classification pipeline showcased the ability to exploit relevant plaque morphological features to accurately classify 3 pre-defined stages of atherosclerosis: early fatty streak development (EFS) and advancing atheroma (AA) with a greater than 85% class accuracy CONCLUSIONS: Through the combination of CARS microscopy and computational methods, a powerful classification tool was developed to identify the progression of atherosclerotic plaque in an automated manner. Using a curated dataset, the classification pipeline demonstrated the ability to differentiate between EFS, EF and AA. Thus, presenting the opportunity to classify the onset of atherosclerosis at an earlier stage of development.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
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 tête enseignante, 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 ».