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多発性硬化症とMOG抗体関連疾患を区別するためのディープラーニングモデリング

Rosa Cortese ¹, Francesco Sforazzini ², Giordano Gentile ^1,2

¹Department of Medicine, Surgery and Neuroscience, University of Siena, Siena, Italy.
²Siena Imaging SRL, 53100 Siena, Italy.
³Department NEUROFARBA, University of Florence, Italy.
⁴IRCCS Fondazione Don Carlo Gnocchi, Florence, Italy.
⁵Departamento de Neurologia, Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, São Paulo SP, Brazil.
⁶Neurology-Neuroimmunology Department Multiple Sclerosis Centre of Catalonia (Cemcat), Vall d'Hebron Barcelona Hospital Campus. Universitat Autònoma de Barcelona, Barcelona, Spain.
⁷Institute of Neuroradiology, St. Josef Hospital, Ruhr University Bochum, Germany.
⁸Queen Square MS Centre, Department of Neuroinflammation, UCL Queen Square Institute of Neurology, Faculty of Brain Sciences, University College London, London, United Kingdom.
⁹Department of Advanced Medical and Surgical Sciences, University of Campania "Luigi Vanvitelli", Naples, Italy.
¹⁰Sorbonne Université, Paris Brain Institute, CNRS, Inserm, France.
¹¹AP-HP, Hôpital Universitaire Pitié-Salpêtrière, Paris, France.
¹²Neurology Section of Department of Neuroscience, Biomedicine and Movement, University of Verona, Italy.
¹³Department of Neurology, Oslo University Hospital and Faculty of Medicine, University of Oslo, Norway.
¹⁴Departamento de Radiologia e Oncologia, Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, São Paulo SP, Brazil.
¹⁵Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing, China.
¹⁶Service de Neurologie, Sclérose en Plaques, Pathologies de la Myéline et Neuro-inflammation, Hôpital Neurologique Pierre Wertheimer, Hospices Civils de Lyon, France.
¹⁷Neuroimaging Research Unit, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, Milan, Italy.
¹⁸Neurology Unit, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, Milan, Italy.
¹⁹Neurorehabilitation Unit, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, Milan, Italy.
²⁰Neurophysiology Service, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, Milan, Italy.
²¹Vita-Salute San Raffaele University, Milan, Italy.
²²Department of Neurosciences, S. Camillo-Forlanini Hospital, Rome, Italy.
²³Translational Imaging in Neurology (ThINk) Basel, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, University Hospital Basel and University of Basel, Switzerland.
²⁴Multiple Sclerosis Centre, Departments of Neurology, Clinical Research and Biomedicine, University Hospital and University Basel, Switzerland.
²⁵Research Center for Clinical Neuroimmunology and Neuroscience Basel (RC2NB), University Hospital Basel and University of Basel, Switzerland.
²⁶Department of Neurology, University Medical Center of the Johannes Gutenberg University Mainz, Germany.
²⁷Department of Neurology, University Medicine of Greifswald, Germany.
²⁸Department of Neuroscience, Rehabilitation, Ophthalmology, Genetics, Maternal and Child Health (DiNOGMI), University of Genoa, Italy.
²⁹IRCCS Ospedale Policlinico San Martino, Genoa, Italy.
³⁰NMO Clinical Service at the Walton Centre, Liverpool, United Kingdom.
³¹Department of Neurology, Cleveland Clinic, AbuDhabi, UAE.
³²Neuroimmunology and Multiple Sclerosis Unit and Laboratory of Advanced Imaging in Neuroimmunological Diseases (ImaginEM), Hospital Clinic and Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), University of Barcelona, Spain.
³³Department of Neurology, St. Josef Hospital, Ruhr University Bochum, Germany.
³⁴Department of Clinical Neurology, John Radcliffe Hospital, Oxford, United Kingdom.
³⁵Careggi University Hospital of Florence, Italy.
³⁶Experimental and Clinical Research Center, Max Delbrueck Center for Molecular Medicine and Charité - Universitaetsmedizin Berlin, Germany.
³⁷UCL Hawkes Institute, London, United Kingdom.
³⁸E-Health Center Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona, Spain.
³⁹Section of Neuroradiology, Department of Radiology, Hospital Universitari Vall d'Hebron, Universitat Autònoma de Barcelona, Spain.
⁴⁰Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, School of Medicine, Porto Alegre RS, Brazil.
⁴¹Division of Radiology and Nuclear Medicine, Oslo University Hospital, Norway.
⁴²Department of Radiology & Nuclear Medicine, Amsterdam UMC, Vrije Universiteit, the Netherlands.
⁴³Queen Square Institute of Neurology and Centre for Medical Image Computing, University College, London, United Kingdom; and.
⁴⁴National Institute for Health Research (NIHR) University College London Hospitals (UCLH) Biomedical Research Centre, London, United Kingdom.

⁰Department of Medicine, Surgery and Neuroscience, University of Siena, Siena, Italy.

Neurology +

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2025年9月4日

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まとめ

新しいディープラーニングモデルと臨床/MRIアルゴリズムは,多発性硬化症 (MS) とミエリン・オリゴデンドロサイト・グリコタンパク質抗体関連疾患 (MOGAD) を正確に区別します. この2つのアプローチを組み合わせることで診断の精度が向上し神経学的疾患を区別するのに役立ちました

科学分野

神経学
放射線科
人工知能

背景

多発性硬化症 (MS) は一般的な成人神経疾患であり,ミエリン・オリゴデンドロサイト・グリコプロテイン抗体関連疾患 (MOGAD) はまれである.
適切な治療には,MOGADとMSを区別することが重要です.
過去の機械学習モデルは有望でしたが更に検証が必要でした

研究の目的

MSとMOGADを区別するための臨床/MRIアルゴリズムを検証する.
同じ診断タスクのためのディープラーニング (DL) モデルを開発し評価する.
2つのモデルの組み合わせたパフォーマンスを評価し,確率注意マップ (PAMs) を使用して重要な差別化イメージング特性を特定します.

主な方法

多発性硬化症とMOGADの成人の406人のMRIスキャンを対象とした多中心治験です.
検証データセットに対する既存の臨床/MRIアルゴリズムの性能評価
独立したデータセットでResNet-10コンボリューションニューラルネットワークベースのDL分類器の開発とテスト.
異なる脳の領域を視覚化して定量化するためのPAMの生成

主要な成果

臨床/MRIアルゴリズムは,検証コホートで75%の精度,96%の感度,そして56%の特異性を達成した.
DLモデルは70%の精度,67%の感度,73%の特異性を実証した.
両モデルを組み合わせると 86%の精度,84%の感度,89%の特異性が得られました.
PAMは異なる病変パターンを強調し,corpus callosum,precentral gyrus,thalamus,および cingulate cortexがMSを区別する一方で,脳幹,海馬,およびパラヒポカンパの回路はMOGADを示した.

結論

臨床/MRIアルゴリズムとDLモデルは,MSとMOGADを区別するのに有効です.
モデルには補完的な強みがあり,臨床/MRIアルゴリズムはより高い感度,DLモデルはより高い特異性を示しています.
この2つのアプローチを組み合わせることで診断の正確性が著しく向上します
PAMは,MSとMOGADの異なる神経病理学的パターンの貴重な洞察を提供し,差異診断を助けます.