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Enregistrement W4393555619 · doi:10.1117/12.3006852

Classifying chronic obstructive pulmonary disease using computed tomography imaging and 2D and 3D convolutional neural networks

2024· article· en· W4393555619 sur OpenAlexaff
Sara Rezvanjou, Amir Moslemi, S. Peterson, Wan-Cheng Tan-Hogg, Jim Hogg, Jean Bourbeau, Miranda Kirby

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueLung Cancer Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensRoyal Victoria HospitalSunnybrook HospitalUniversity of British ColumbiaToronto Metropolitan University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCoronal planeSagittal planeConvolutional neural networkCOPDAirwayComputer scienceArtificial intelligence3d modelPattern recognition (psychology)MedicineRadiologyInternal medicineSurgery

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Convolutional Neural Network (CNN)-based models using Computed Tomography (CT) images classify Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) patients with high accuracy, but studies have used various different input images and it is unclear what input images are optimum, particularly in a milder COPD cohort. We propose a novel approach using 2D airway-optimized topological multi-planar reformat (airway-optimized tMPR) images as well as novel 3D fusion methods and compared the performance of these models with various established 2D/3D CNN-based methods in a population-based mild COPD cohort. Participants from the CanCOLD study were evaluated. We implemented several 2D/3D models adapted from the literature. Existing CNN-based models were trained using 2D collages of axial/coronal/sagittal slices, and colored and binary airway images. 3D models consisting of 15 axial inspiratory/expiratory slices were selected, and input and output combination methods were investigated. For the proposed models, 2D airway-optimized tMPR images were constructed using cut-surface renderings to convey shape and interior/contextual information. 3D output fusion of axial/coronal/sagittal images, as well as output fusion of the axial and 3D airway tree, were also investigated. Finally, the output fusion of 2D airway-optimized tMPR methods and 3D lungs combined method was investigated. 742 participants were used for training/validation and 309 for testing. The 2D and 3D methods adapted from the literature had accuracy ranging from 61%-72% in the mild COPD cohort. The 2D airway-optimized tMPR model achieved 73% accuracy. The proposed 3D model of combining axial/coronal/sagittal images had an accuracy of 75%. The proposed model output combining 2D colored airways and inspiratory combined 3D images, and the 3D collage of axial/coronal/sagittal images, resulted in 74% and 73% accuracy, respectively. However, the output fusion of the airway-optimized tMPR and 3D lung model of combining axial/coronal/sagittal images reached the highest accuracy of 78%. While the CNN model with 2D airway/lung-optimized images had improved performance with reduced computational resources as compared to the 3D models proposed, as well as the other published CNN-based models, the combination of this 2D method with the 3D CNN model of combining axial/coronal/sagittal images achieved the highest performance in this mild cohort.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
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 enseignants0,020
Score d'incertitude au seuil0,039

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,273
Écart entre enseignants0,259 · 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'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

Citations1
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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