論文の概要: Transformer-Based Multi-Region Segmentation and Radiomic Analysis of HR-pQCT Imaging for Osteoporosis Classification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.09137v2
• Date: Wed, 11 Mar 2026 01:39:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-12 14:12:44.25931
• Title: Transformer-Based Multi-Region Segmentation and Radiomic Analysis of HR-pQCT Imaging for Osteoporosis Classification
• Title（参考訳）: Transformer-based Multi-Region Segmentation and Radiomic Analysis of HR-pQCT Imaging for osteoporosis Classification (特集 骨粗しょう症)
• Authors: Mohseu Rashid Subah, Mohammed Abdul Gani Zilani, Thomas L. Nickolas, Matthew R. Allen, Stuart J. Warden, Rachel K. Surowiec,
• Abstract要約: 骨粗しょう症(Osteoporosis)は、典型的には二重エネルギーX線吸収率(DXA)で診断される骨格疾患である 高分解能周辺定量CT(HR-pQCT)は、最小放射線で3次元の微細構造イメージングを可能にする。 解剖学的セグメント化HR-pQCT画像から抽出した放射能特徴を用いた二元性骨粗しょう症分類のための完全自動フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Osteoporosis is a skeletal disease typically diagnosed using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), which quantifies areal bone mineral density but overlooks bone microarchitecture and surrounding soft tissues. High-resolution peripheral quantitative computed tomography (HR-pQCT) enables three-dimensional microstructural imaging with minimal radiation. However, current analysis pipelines largely focus on mineralized bone compartments, leaving much of the acquired image data underutilized. We introduce a fully automated framework for binary osteoporosis classification using radiomics features extracted from anatomically segmented HR-pQCT images. To our knowledge, this work is the first to leverage a transformer-based segmentation architecture, i.e., the SegFormer, for fully automated multi-region HR-pQCT analysis. The SegFormer model simultaneously delineated the cortical and trabecular bone of the tibia and fibula along with surrounding soft tissues and achieved a mean F1 score of 95.36%. Soft tissues were further subdivided into skin, myotendinous, and adipose regions through post-processing. From each region, 939 radiomic features were extracted and dimensionally reduced to train six machine learning classifiers on an independent dataset comprising 20,496 images from 122 HR-pQCT scans. The best image level performance was achieved using myotendinous tissue features, yielding an accuracy of 80.08% and an area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) of 0.85, outperforming bone-based models. At the patient level, replacing standard biological, DXA, and HR-pQCT parameters with soft tissue radiomics improved AUROC from 0.792 to 0.875. These findings demonstrate that automated, multi-region HR-pQCT segmentation enables the extraction of clinically informative signals beyond bone alone, highlighting the importance of integrated tissue assessment for osteoporosis detection.
• Abstract（参考訳）: 骨粗しょう症(Osteoporosis)は、骨の微細構造や周囲の軟組織を見落としながら、骨密度を計測する二重エネルギーX線吸収法(DXA)を用いて診断される骨格疾患である。 高分解能周辺定量CT(HR-pQCT)は、最小放射線で3次元の微細構造イメージングを可能にする。 しかし、現在の分析パイプラインは、主に鉱物化された骨の区画に焦点を当てており、取得した画像データの多くは未利用のままである。 解剖学的セグメント化HR-pQCT画像から抽出した放射能特徴を用いた二元性骨粗しょう症分類のための完全自動フレームワークを提案する。 我々の知る限り、この研究はトランスフォーマーベースのセグメンテーションアーキテクチャ、すなわちSegFormerを、完全に自動化されたマルチリージョンHR-pQCT分析に活用する最初のものである。 SegFormer モデルは、周囲の軟部組織とともに、大脳皮質と骨盤の骨を同時にデライン化し、平均 F1 スコアは95.36% に達した。 軟組織は, 処理後, 皮膚, 脊髄, 脂肪組織にさらに細分化した。 各領域から939個の放射能特性を抽出し,122個のHR-pQCTスキャンから20,496個の画像からなる独立データセット上で6つの機械学習分類器を訓練した。 画像レベルの最良の性能は, 筋膜組織の特徴を用いて達成され, 80.08%の精度と, 0.85のレシーバ操作特性曲線(AUROC)以下の面積が骨ベースモデルより優れていた。 患者レベルでは,標準的な生体,DXA,HR-pQCTパラメータを軟組織放射能で置き換え,AUROCは0.792から0.875に改善した。 以上の結果より, 自動多領域HR-pQCTセグメンテーションにより, 骨単独での臨床情報信号の抽出が可能であり, 骨粗しょう症検出における統合組織アセスメントの重要性が示唆された。

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