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Enregistrement W4407797489 · doi:10.1007/s00259-025-07145-x

Artificial intelligence-powered coronary artery disease diagnosis from SPECT myocardial perfusion imaging: a comprehensive deep learning study

2025· article· en· W4407797489 sur OpenAlexaff
Ghasem Hajianfar, Omid Gharibi, Maziar Sabouri, Mobin Mohebi, Mehdi Amini, Mohammad Javad Yasemi, Mostafa Haghir Chehreghani, Mehdi Maghsudi, Zahra Mansouri, Mohammad Edalat-Javid, Setareh Valavi, Ahmad Bitarafan‐Rajabi, Yazdan Salimi, Hossein Arabi, Arman Rahmim, Isaac Shiri, Habib Zaidi

Notice bibliographique

RevueEuropean Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCardiac Imaging and Diagnostics
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesUniversité de GenèveShaheed Rajaei Cardiovascular Medical and Research CenterSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésCoronary artery diseaseCADMyocardial perfusion imagingArtificial intelligenceSingle-photon emission computed tomographyReceiver operating characteristicMedicineDeep learningComputer scienceRadiologyNuclear medicineMachine learningInternal medicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Myocardial perfusion imaging (MPI) using single-photon emission computed tomography (SPECT) is a well-established modality for noninvasive diagnostic assessment of coronary artery disease (CAD). However, the time-consuming and experience-dependent visual interpretation of SPECT images remains a limitation in the clinic. PURPOSE: We aimed to develop advanced models to diagnose CAD using different supervised and semi-supervised deep learning (DL) algorithms and training strategies, including transfer learning and data augmentation, with SPECT-MPI and invasive coronary angiography (ICA) as standard of reference. MATERIALS AND METHODS: A total of 940 patients who underwent SPECT-MPI were enrolled (281 patients included ICA). Quantitative perfusion SPECT (QPS) was used to extract polar maps of rest and stress states. We defined two different tasks, including (1) Automated CAD diagnosis with expert reader (ER) assessment of SPECT-MPI as reference, and (2) CAD diagnosis from SPECT-MPI based on reference ICA reports. In task 2, we used 6 strategies for training DL models. We implemented 13 different DL models along with 4 input types with and without data augmentation (WAug and WoAug) to train, validate, and test the DL models (728 models). One hundred patients with ICA as standard of reference (the same patients in task 1) were used to evaluate models per vessel and per patient. Metrics, such as the area under the receiver operating characteristics curve (AUC), accuracy, sensitivity, specificity, precision, and balanced accuracy were reported. DeLong and pairwise Wilcoxon rank sum tests were respectively used to compare models and strategies after 1000 bootstraps on the test data for all models. We also compared the performance of our best DL model to ER's diagnosis. RESULTS: In task 1, DenseNet201 Late Fusion (AUC = 0.89) and ResNet152V2 Late Fusion (AUC = 0.83) models outperformed other models in per-vessel and per-patient analyses, respectively. In task 2, the best models for CAD prediction based on ICA were Strategy 3 (a combination of ER- and ICA-based diagnosis in train data), WoAug InceptionResNetV2 EarlyFusion (AUC = 0.71), and Strategy 5 (semi-supervised approach) WoAug ResNet152V2 EarlyFusion (AUC = 0.77) in per-vessel and per-patient analyses, respectively. Moreover, saliency maps showed that models could be helpful for focusing on relevant spots for decision making. CONCLUSION: Our study confirmed the potential of DL-based analysis of SPECT-MPI polar maps in CAD diagnosis. In the automation of ER-based diagnosis, models' performance was promising showing accuracy close to expert-level analysis. It demonstrated that using different strategies of data combination, such as including those with and without ICA, along with different training methods, like semi-supervised learning, can increase the performance of DL models. The proposed DL models could be coupled with computer-aided diagnosis systems and be used as an assistant to nuclear medicine physicians to improve their diagnosis and reporting, but only in the LAD territory. CLINICAL TRIAL NUMBER: Not applicable.

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)0,005
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 enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,014

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,017
Tête enseignante GPT0,275
Écart entre enseignants0,258 · 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

Citations11
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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