Purpose: Lung disease assessment in precapillary pulmonary hypertension (PH) is essential for appropriate patient management. This study aims to develop an artificial intelligence (AI) deep learning model for lung texture classification in CT Pulmonary Angiography (CTPA), and evaluate its correlation with clinical assessment methods. Materials and Methods: In this retrospective study with external validation, 122 patients with pre-capillary PH were used to train (n=83), validate (n=17) and test (n=10 internal test, n=12 external test) a patch based DenseNet-121 classification model. "Normal", "Ground glass", "Ground glass with reticulation", "Honeycombing", and "Emphysema" were classified as per the Fleishner Society glossary of terms. Ground truth classes were segmented by two radiologists with patches extracted from the labelled regions. Proportion of lung volume for each texture was calculated by classifying patches throughout the entire lung volume to generate a coarse texture classification mapping throughout the lung parenchyma. AI output was assessed against diffusing capacity of carbon monoxide (DLCO) and specialist radiologist reported disease severity. Results: Micro-average AUCs for the validation, internal test, and external test were 0.92, 0.95, and 0.94, respectively. The model had consistent performance across parenchymal textures, demonstrated strong correlation with diffusing capacity of carbon monoxide (DLCO), and showed good correspondence with disease severity reported by specialist radiologists. Conclusion: The classification model demonstrates excellent performance on external validation. The clinical utility of its output has been demonstrated. This objective, repeatable measure of disease severity can aid in patient management in adjunct to radiological reporting.


翻译:目的:在肺前分流性肺动脉高压(PH)中评估肺部疾病是适当的患者管理。本研究旨在开发一种在CT肺血栓成像(CTPA)中进行肺组织纹理分类的人工智能(AI)深度学习模型,并评估其与临床评估方法的相关性。材料和方法:在这个具有外部验证的回顾性研究中,使用122名患有前分流PH的患者来训练(n = 83)、验证(n = 17)和测试(n = 10内部测试,n = 12外部测试)基于补丁的DenseNet-121分类模型。按Fleishner学会词汇表的要求将“正常”、“玻璃结节”、“伴有网状状玻璃影”、“蜂巢状”和“肺气肿”分类。地面真实类别是通过两名放射学家进行分割的标签区域提取的补丁。通过分类整个肺容积中的贴片来计算每种纹理的肺容积比例,以生成肺实质中的粗糙纹理分类映射。检查AI输出与一氧化碳弥散能力(DLCO)和专业放射科医师报告的疾病严重程度的相关性。结果:验证、内部测试和外部测试的微平均AUC分别为0.92、0.95和0.94。该模型在实质纹理上表现一致,与一氧化碳弥散能力(DLCO)显示出强烈的相关性,并与专业放射科医师报告的疾病严重程度具有良好的对应关系。结论:分类模型在外部验证方面表现出色。它的输出的临床效用已被证明。这种疾病严重程度的客观,可重复的测量可以帮助辅助放射学报告的患者管理。

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