論文の概要: Confidence-Driven Deep Learning Framework for Early Detection of Knee Osteoarthritis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.13203v2
• Date: Wed, 15 Jan 2025 20:41:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-17 18:38:06.045835
• Title: Confidence-Driven Deep Learning Framework for Early Detection of Knee Osteoarthritis
• Title（参考訳）: 変形性膝関節症早期発見のための信頼駆動型ディープラーニングフレームワーク
• Authors: Zhe Wang, Aladine Chetouani, Yung Hsin Chen, Yuhua Ru, Fang Chen, Mohamed Jarraya, Fabian Bauer, Liping Zhang, Didier Hans, Rachid Jennane,
• Abstract要約: 膝関節症 (KOA) は筋骨格障害の1つで、運動量や生活の質に深刻な影響を及ぼす。 我々は,KL-0およびKL-2ステージの識別に焦点をあてた,早期のKOA検出のための信頼性駆動型ディープラーニングフレームワークを提案する。 実験により,提案フレームワークは専門家の放射線学者に匹敵する,競争精度,感度,特異性を達成できることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.193689534916988
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Knee Osteoarthritis (KOA) is a prevalent musculoskeletal disorder that severely impacts mobility and quality of life, particularly among older adults. Its diagnosis often relies on subjective assessments using the Kellgren-Lawrence (KL) grading system, leading to variability in clinical evaluations. To address these challenges, we propose a confidence-driven deep learning framework for early KOA detection, focusing on distinguishing KL-0 and KL-2 stages. The Siamese-based framework integrates a novel multi-level feature extraction architecture with a hybrid loss strategy. Specifically, multi-level Global Average Pooling (GAP) layers are employed to extract features from varying network depths, ensuring comprehensive feature representation, while the hybrid loss strategy partitions training samples into high-, medium-, and low-confidence subsets. Tailored loss functions are applied to improve model robustness and effectively handle uncertainty in annotations. Experimental results on the Osteoarthritis Initiative (OAI) dataset demonstrate that the proposed framework achieves competitive accuracy, sensitivity, and specificity, comparable to those of expert radiologists. Cohen's kappa values (k > 0.85)) confirm substantial agreement, while McNemar's test (p > 0.05) indicates no statistically significant differences between the model and radiologists. Additionally, Confidence distribution analysis reveals that the model emulates radiologists' decision-making patterns. These findings highlight the potential of the proposed approach to serve as an auxiliary diagnostic tool, enhancing early KOA detection and reducing clinical workload.
• Abstract（参考訳）: 変形性膝関節症(KOA)は、特に高齢者において、運動量や生活の質に深刻な影響を及ぼす筋骨格障害である。 診断は、Kelgren-Lawrence (KL) グレーティングシステムを用いた主観的評価に依存し、臨床評価の多様性をもたらすことが多い。 これらの課題に対処するために,KL-0 と KL-2 のステージの区別に着目した,早期 KOA 検出のための信頼性駆動型ディープラーニングフレームワークを提案する。 Siameseベースのフレームワークは、新しいマルチレベル特徴抽出アーキテクチャとハイブリッド損失戦略を統合している。 具体的には,マルチレベルグローバル平均ポーリング(GAP)レイヤを用いて,ネットワーク深さの異なる特徴を抽出し,包括的特徴表現を確保するとともに,ハイブリッド損失戦略では,サンプルを高,中,低信頼のサブセットに分割する。 分割された損失関数は、モデルの堅牢性を改善し、アノテーションの不確実性に効果的に対処するために適用される。 OAI(Oartharthritis Initiative)データセットの実験的結果は、提案フレームワークが専門家の放射線学者に匹敵する、競争精度、感度、特異性を達成できることを実証している。 コーエンのカッパ値 (k > 0.85) は相当な一致を示したが、マクネマールのテスト (p > 0.05) はモデルと放射線学者の間に統計的に有意な違いは示さなかった。 さらに、信頼性分布分析により、このモデルが放射線学者の意思決定パターンをエミュレートすることが明らかとなった。 これらの知見は, 早期の KOA 検出と臨床負荷の低減を図り, 補助的診断ツールとしてのアプローチの可能性を強調した。

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