深度学习:CT时胸部肌肉体积的细分和COPD时胸部肌肉面积的比较
Daniel Genkin1, Mustansir Verdawala1, Sophie É Collins2
1Department of Electrical, Computer, and Biomedical Engineering, Toronto Metropolitan University, Toronto, Ontario, Canada.
一个深度学习模型在CT扫描上准确地细分胸部肌肉体积 (PMV). PMV显示出更好的可复制性和更强的关联与慢性阻塞性肺病 (COPD) 结果比胸部肌肉区域 (PMA).
科学领域:
- 医学成像分析分析 医学成像分析
- 深度学习在放射学中的应用.
- 肺部疾病研究研究
背景情况:
- 像面积 (PMA) 和体积 (PMV) 这样的胸部肌肉测量在慢性阻塞性肺病 (COPD) 中是相关的.
- 从CT扫描中精确和可重现的细分这些肌肉对于临床研究和潜在的诊断应用至关重要.
- 现有的肌肉细分方法可能在可重现性或准确性方面存在局限性.
研究的目的:
- 开发和验证深度学习模型,以使用CT成像对胸肌体积 (PMV) 进行细分.
- 评估来自CT扫描的PMV和PMA测量的可重现性.
- 调查COPD和没有COPD的个体之间的PMV和PMA的群体差异,以及它们与COPD相关的肺功能和运动能力结果的关联.
主要方法:
- 一个U-Net深度学习模型被训练用于从加拿大队列阻塞性肺病 (CanCOLD) 研究中CT扫描上的PMV细分.
- 在培训,验证,内部和外部测试数据集上使用Dice相似系数 (DSC) 评估模型性能.
- 胸部肌肉区域 (PMA) 和PMV从配对的灵感和到期扫描中提取,以评估细分的可重复性和COPD和非COPD组之间的差异.
主要成果:
- 深度学习模型在培训/验证,内部测试和外部测试数据集中分别达到0.94,0.93和0.92的DSC值,实现了高性能.
- 胸部肌肉体积 (PMV) 分段显示出出色的可重现性,灵气和气扫描之间的偏差最小 (偏差 = 0.1 cm3).
- 在COPD患者中,PMA和PMV均降低. PMV与1秒内强制呼气量 (FEV1),肺部对一氧化碳的扩散能力 (Dlco) 和氧气吸收峰值 (VO2) 显示出更强烈的关联.
结论:
- 基于CT的胸部肌肉细分的准确和可概括的深度学习模型已经成功开发出来.
- 从这个模型中获得的胸部肌肉体积 (PMV) 测量比胸部肌肉区域 (PMA) 提供了更好的可重复性.
- 与PMA相比,PMV是一种更强大的成像生物标志物,用于评估慢性阻塞性肺病 (COPD) 的严重程度及其对肺功能和运动能力的影响.
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