論文の概要: From Kellgren-Lawrence to Calcium Pyrophosphate Crystal Deposition: A Soft-Labelling Framework for Knee Osteoarthritis Assessmen
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.28176v1
- Date: Wed, 27 May 2026 08:57:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-28 17:38:55.915015
- Title: From Kellgren-Lawrence to Calcium Pyrophosphate Crystal Deposition: A Soft-Labelling Framework for Knee Osteoarthritis Assessmen
- Title(参考訳): Kellgren-LawrenceからCalcium Pyrophosphate Crystal Deposition: a Soft-labelling Framework for Kneearthritis Assessmen
- Authors: Francisco Bérchez-Moreno, Riccardo Rosati, Maria Chiara Fiorentino, Víctor M. Vargas, Edoardo Cipolletta, Emilio Filippucci, Luca Romeo, Pedro A. Gutiérrez, César Hervás-Martínez,
- Abstract要約: 変形性膝関節症に対する従来の深層学習法は, 臨床実習で観察された2つの尺度の非対称な関係を捉えられなかった。
ソフトラベリングに基づく枠組みが開発され,アノテートグレード上の一重項分布に置き換わる。
両項,ベータ,三角形,指数分布の4つの定式化について検討した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 4.79962284636527
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Background and objective. Conventional Deep Learning (DL) approaches for Knee Osteoarthritis (KOA) grading rely on one-hot labels, which fail to capture both the ordinal uncertainty of Kellgren--Lawrence (KL) and Calcium Pyrophosphate Deposition Disease (CPPD) severity scores and the asymmetric relationship between the two scales observed in clinical practice. Methods. We retrospectively collected 2172 knee X-ray images, including 968 radiographs jointly annotated for KL and CPPD severity. An ordinal DL framework based on soft-labelling was developed for both tasks, replacing one-hot targets with unimodal probability distributions centred on the annotated grade. Four formulations were investigated: binomial, beta, triangular, and exponential. Results. All soft-labelling strategies consistently outperformed the nominal baseline. For CPPD grading, the triangular formulation achieved the highest Quadratic Weighted Kappa (QWK) and the lowest Mean Absolute Error (MAE) (QWK = 0.796; MAE = 0.438), while the beta formulation yielded the most balanced class-wise performance considering Average MAE (AMAE) and Maximum MAE (MMAE) across classes (AMAE = 0.458; MMAE = 0.573). For KL grading, the beta-based approach provided the best overall performance, achieving the highest QWK together with the lowest MAE and class-wise errors (QWK = 0.777; MAE = 0.529; AMAE = 0.523; MMAE = 0.775). Statistical analysis demonstrated significant improvements over conventional one-hot supervision (p < 0.001).
- Abstract(参考訳): 背景と目的。
変形性膝関節症に対する経時的深層学習(DL)は,Kelgren-Lawrence(KL)とCalcium Pyrophosphate Deposition Disease(CPPD)の経時的不確実性と,臨床で観察された2つの尺度の非対称性の両方を捉えることができない1ホットラベルに頼っている。
メソッド。
KLおよびCPPD重症度を併用した968個のX線写真を含む2172個の膝X線像を回顧的に収集した。
いずれのタスクにもソフトラベリングに基づく順序DLフレームワークが開発され,アノテートグレードを中心とした一ホットターゲットを非モーダル確率分布に置き換えた。
両項, ベータ, 三角形, 指数の4つの定式化について検討した。
結果。
すべてのソフトラベリング戦略は、名目上のベースラインを一貫して上回った。
CPPDグレーディングでは、三角形の定式化は、QWK(Quadratic Weighted Kappa)の最高値、MAE(Mean Absolute Error)の最低値(QWK = 0.796; MAE = 0.438)を達成し、ベータの定式化はAverage MAE(AMAE)とMaximum MAE(MMAE)(AMAE = 0.458; MMAE = 0.573)を考慮した最もバランスのとれたクラスレベルのパフォーマンスを得た。
KLグレーディングでは、ベータベースのアプローチが最高のパフォーマンスを提供し、最も低いMAEとクラスレベルのエラー(QWK = 0.777; MAE = 0.529; AMAE = 0.523; MMAE = 0.775)とともに最高QWKを達成した。
統計分析の結果,従来型の1時間監視(p< 0.001。
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