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Erschienen in:

04.06.2021 | Imaging Informatics and Artificial Intelligence

AI-based improvement in lung cancer detection on chest radiographs: results of a multi-reader study in NLST dataset

verfasst von: Hyunsuk Yoo, Sang Hyup Lee, Chiara Daniela Arru, Ruhani Doda Khera, Ramandeep Singh, Sean Siebert, Dohoon Kim, Yuna Lee, Ju Hyun Park, Hye Joung Eom, Subba R. Digumarthy, Mannudeep K. Kalra

Erschienen in: European Radiology | Ausgabe 12/2021

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Abstract

Objective

Assess if deep learning–based artificial intelligence (AI) algorithm improves reader performance for lung cancer detection on chest X-rays (CXRs).

Methods

This reader study included 173 images from cancer-positive patients (n = 98) and 346 images from cancer-negative patients (n = 196) selected from National Lung Screening Trial (NLST). Eight readers, including three radiology residents, and five board-certified radiologists, participated in the observer performance test. AI algorithm provided image-level probability of pulmonary nodule or mass on CXRs and a heatmap of detected lesions. Reader performance was compared with AUC, sensitivity, specificity, false-positives per image (FPPI), and rates of chest CT recommendations.

Results

With AI, the average sensitivity of readers for the detection of visible lung cancer increased for residents, but was similar for radiologists compared to that without AI (0.61 [95% CI, 0.55–0.67] vs. 0.72 [95% CI, 0.66–0.77], p = 0.016 for residents, and 0.76 [95% CI, 0.72–0.81] vs. 0.76 [95% CI, 0.72–0.81, p = 1.00 for radiologists), while false-positive findings per image (FPPI) was similar for residents, but decreased for radiologists (0.15 [95% CI, 0.11–0.18] vs. 0.12 [95% CI, 0.09–0.16], p = 0.13 for residents, and 0.24 [95% CI, 0.20–0.29] vs. 0.17 [95% CI, 0.13–0.20], p < 0.001 for radiologists). With AI, the average rate of chest CT recommendation in patients positive for visible cancer increased for residents, but was similar for radiologists (54.7% [95% CI, 48.2–61.2%] vs. 70.2% [95% CI, 64.2–76.2%], p < 0.001 for residents and 72.5% [95% CI, 68.0–77.1%] vs. 73.9% [95% CI, 69.4–78.3%], p = 0.68 for radiologists), while that in cancer-negative patients was similar for residents, but decreased for radiologists (11.2% [95% CI, 9.6–13.1%] vs. 9.8% [95% CI, 8.0–11.6%], p = 0.32 for residents and 16.4% [95% CI, 14.7–18.2%] vs. 11.7% [95% CI, 10.2–13.3%], p < 0.001 for radiologists).

Conclusions

AI algorithm can enhance the performance of readers for the detection of lung cancers on chest radiographs when used as second reader.

Key Points

• Reader study in the NLST dataset shows that AI algorithm had sensitivity benefit for residents and specificity benefit for radiologists for the detection of visible lung cancer.
• With AI, radiology residents were able to recommend more chest CT examinations (54.7% vs 70.2%, p < 0.001) for patients with visible lung cancer.
• With AI, radiologists recommended significantly less proportion of unnecessary chest CT examinations (16.4% vs. 11.7%, p < 0.001) in cancer-negative patients.
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Literatur
15.
21.
Zurück zum Zitat McHugh ML (2012) Interrater reliability: the kappa statistic. Biochem Med 22:276–282CrossRef McHugh ML (2012) Interrater reliability: the kappa statistic. Biochem Med 22:276–282CrossRef
24.
Metadaten
Titel
AI-based improvement in lung cancer detection on chest radiographs: results of a multi-reader study in NLST dataset
verfasst von
Hyunsuk Yoo
Sang Hyup Lee
Chiara Daniela Arru
Ruhani Doda Khera
Ramandeep Singh
Sean Siebert
Dohoon Kim
Yuna Lee
Ju Hyun Park
Hye Joung Eom
Subba R. Digumarthy
Mannudeep K. Kalra
Publikationsdatum
04.06.2021
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
European Radiology / Ausgabe 12/2021
Print ISSN: 0938-7994
Elektronische ISSN: 1432-1084
DOI
https://doi.org/10.1007/s00330-021-08074-7

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