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Erschienen in: European Radiology 12/2020

18.07.2020 | COVID-19 | Chest Zur Zeit gratis

From community-acquired pneumonia to COVID-19: a deep learning–based method for quantitative analysis of COVID-19 on thick-section CT scans

verfasst von: Zhang Li, Zheng Zhong, Yang Li, Tianyu Zhang, Liangxin Gao, Dakai Jin, Yue Sun, Xianghua Ye, Li Yu, Zheyu Hu, Jing Xiao, Lingyun Huang, Yuling Tang

Erschienen in: European Radiology | Ausgabe 12/2020

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Abstract

Objective

To develop a fully automated AI system to quantitatively assess the disease severity and disease progression of COVID-19 using thick-section chest CT images.

Methods

In this retrospective study, an AI system was developed to automatically segment and quantify the COVID-19-infected lung regions on thick-section chest CT images. Five hundred thirty-one CT scans from 204 COVID-19 patients were collected from one appointed COVID-19 hospital. The automatically segmented lung abnormalities were compared with manual segmentation of two experienced radiologists using the Dice coefficient on a randomly selected subset (30 CT scans). Two imaging biomarkers were automatically computed, i.e., the portion of infection (POI) and the average infection HU (iHU), to assess disease severity and disease progression. The assessments were compared with patient status of diagnosis reports and key phrases extracted from radiology reports using the area under the receiver operating characteristic curve (AUC) and Cohen’s kappa, respectively.

Results

The dice coefficient between the segmentation of the AI system and two experienced radiologists for the COVID-19-infected lung abnormalities was 0.74 ± 0.28 and 0.76 ± 0.29, respectively, which were close to the inter-observer agreement (0.79 ± 0.25). The computed two imaging biomarkers can distinguish between the severe and non-severe stages with an AUC of 0.97 (p value < 0.001). Very good agreement (κ = 0.8220) between the AI system and the radiologists was achieved on evaluating the changes in infection volumes.

Conclusions

A deep learning–based AI system built on the thick-section CT imaging can accurately quantify the COVID-19-associated lung abnormalities and assess the disease severity and its progressions.

Key Points

A deep learning–based AI system was able to accurately segment the infected lung regions by COVID-19 using the thick-section CT scans (Dice coefficient ≥ 0.74).
The computed imaging biomarkers were able to distinguish between the non-severe and severe COVID-19 stages (area under the receiver operating characteristic curve 0.97).
The infection volume changes computed by the AI system were able to assess the COVID-19 progression (Cohen’s kappa 0.8220).
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Literatur
8.
Zurück zum Zitat Shan F, Gao Y, Wang J et al (2020) Lung infection quantification of COVID-19 in CT images with deep learning. arXiv preprint arXiv:200304655 Shan F, Gao Y, Wang J et al (2020) Lung infection quantification of COVID-19 in CT images with deep learning. arXiv preprint arXiv:200304655
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Zurück zum Zitat He K, Zhang X, Ren S, Sun J (eds) (2016) Deep residual learning for image recognition. Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition He K, Zhang X, Ren S, Sun J (eds) (2016) Deep residual learning for image recognition. Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition
Metadaten
Titel
From community-acquired pneumonia to COVID-19: a deep learning–based method for quantitative analysis of COVID-19 on thick-section CT scans
verfasst von
Zhang Li
Zheng Zhong
Yang Li
Tianyu Zhang
Liangxin Gao
Dakai Jin
Yue Sun
Xianghua Ye
Li Yu
Zheyu Hu
Jing Xiao
Lingyun Huang
Yuling Tang
Publikationsdatum
18.07.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Schlagwort
COVID-19
Erschienen in
European Radiology / Ausgabe 12/2020
Print ISSN: 0938-7994
Elektronische ISSN: 1432-1084
DOI
https://doi.org/10.1007/s00330-020-07042-x

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