Deep Learning for Predicting Progression of Patellofemoral Osteoarthritis Based on Lateral Knee Radiographs, Demographic Data, and Symptomatic Assessments
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: In this study, we propose a novel framework that utilizes deep learning and attention mechanisms to predict the radiographic progression of patellofemoral osteoarthritis (PFOA) over a period of 7 years. MATERIAL AND METHODS: This study included subjects (1,832 subjects, 3,276 knees) from the baseline of the Multicenter Osteoarthritis Study (MOST). Patellofemoral joint regions of interest were identified using an automated landmark detection tool (BoneFinder) on lateral knee X-rays. An end-to-end deep learning method was developed for predicting PFOA progression based on imaging data in a five-fold cross-validation setting. To evaluate the performance of the models, a set of baselines based on known risk factors were developed and analyzed using gradient boosting machine (GBM). Risk factors included age, sex, body mass index, and Western Ontario and McMaster Universities Arthritis Index score, and the radiographic osteoarthritis stage of the tibiofemoral joint (Kellgren and Lawrence [KL] score). Finally, to increase predictive power, we trained an ensemble model using both imaging and clinical data. RESULTS: Among the individual models, the performance of our deep convolutional neural network attention model achieved the best performance with an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) of 0.856 and average precision (AP) of 0.431, slightly outperforming the deep learning approach without attention (AUC = 0.832, AP = 0.4) and the best performing reference GBM model (AUC = 0.767, AP = 0.334). The inclusion of imaging data and clinical variables in an ensemble model allowed statistically more powerful prediction of PFOA progression (AUC = 0.865, AP = 0.447), although the clinical significance of this minor performance gain remains unknown. The spatial attention module improved the predictive performance of the backbone model, and the visual interpretation of attention maps focused on the joint space and the regions where osteophytes typically occur. CONCLUSION: This study demonstrated the potential of machine learning models to predict the progression of PFOA using imaging and clinical variables. These models could be used to identify patients who are at high risk of progression and prioritize them for new treatments. However, even though the accuracy of the models were excellent in this study using the MOST dataset, they should be still validated using external patient cohorts in the future.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».