기계 학습을 사용하여 방사선학적 특징의 예후적 유용성을 평가합니다.

Sep 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7318(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

휴대용 흉부 X-레이는 응급 사례를 분류하는 효율적인 수단이기 때문에 영상 촬영이 코로나19 환자의 생존에 추가적인 예후 유용성을 제공하는지 여부에 대한 의문이 제기되었습니다. 이 연구에서는 병원 내 사망률에 대한 알려진 위험 요인의 중요성을 평가하고 다양한 기계 학습 접근 방식을 사용하여 방사성 텍스처 특징의 예측 유용성을 조사했습니다. 특히 노인 환자나 동반질환 부담이 높은 환자에서 응급 흉부 X-레이에서 파생된 질감 특징을 활용하여 생존 예후가 점진적으로 개선되는 것을 발견했습니다. 중요한 특징에는 연령, 산소 포화도, 혈압 및 특정 동반 질환뿐만 아니라 픽셀 분포의 강도 및 가변성과 관련된 이미지 특징이 포함되었습니다. 따라서 널리 이용 가능한 흉부 X-레이는 임상 정보와 함께 코로나19 환자, 특히 노년층 환자의 생존 결과를 예측할 수 있으며 추가 정보를 제공하여 질병 관리에 도움이 될 수 있습니다.

코로나19로 인해 미국에서는 8,500만 건이 넘는 사례가 발생하고 100만 명이 넘는 사망자가 발생했습니다1. 향후 재발에 대한 지속적인 우려와 함께 감염된 환자의 치료 및 관리를 개선하려는 노력의 일환으로 위험 계층화 및 생존 예측을 위한 원칙적인 방법이 매우 중요합니다4,5. 초기 보고서에서는 누덕누덕거리는 망상 결절성 '간유리' 불투명도(GGO) 및 기저부, 말초부 및 양측성 우세6,7를 포함한 통합을 포함하여 응급실 환경에서 흉부 X선 이상을 평가하기 위한 진단 지침을 설명했습니다. 최근 연구에서는 폐 침범을 0~18 범위로 평가하거나 폐 침범 비율을 평가하는 COVID 관련 Brixia 점수와 같은 채점 시스템을 통해 COVID-198,9 환자의 등급을 매길 때 흉부 X선 사용을 옹호했습니다10, 11,12. 질병 분류를 위한 자동화된 접근법은 높은(> 90%) 진단 정확도를 달성했지만13, 고차원적이고 이질적인 특성으로 인해 코로나19로 입원한 환자의 임상 결과를 예측하기 위해 방사성 특징을 사용하는 연구는 부족합니다. 데이터 가용성 없음14. 임상적 위험 요인을 넘어 병원 내 사망률을 예측하기 위한 이러한 기능의 추가 유용성은 크게 알려져 있지 않습니다14.

미시간 대학 의료 시스템(또는 미시간 의과대학)은 팬데믹 기간 동안 코로나19 환자 치료를 관리하는 주요 지역 센터 중 하나로서 인구통계 및 임상 데이터 외에도 풍부한 X선 이미지 데이터를 수집했습니다. , 전자 건강 기록(EHR)을 통해15,16. 가용성과 사용 용이성을 갖춘 휴대용 흉부 엑스레이는 대유행 이전에도 Michigan Medicine에서 긴급 치료가 필요한 환자를 모니터링하는 데 일상적으로 사용되었습니다17. 그러나 흉부 X선 영상 분석은 특히 코로나19 환경에서 데이터 구조로 인해 복잡합니다18. 기계 학습 기술을 활용하여 코로나19 관련 X선 이미지에서 특징을 추출하고 선택하는 워크플로를 제안했습니다. 생존 정보를 직접 사용함으로써 우리의 프레임워크는 원시 이미지를 텍스처 특징으로 분해하고 코로나19 사망률과 가장 관련이 있는 특징을 식별합니다. 우리는 여러 가지 기계 학습 기술을 사용하여 인구통계학적, 임상적 요인의 예측 가능성과 코로나19로 입원한 환자의 1차 평가변수인 병원 내 사망률에 대한 방사성 질감 특징을 평가했습니다. 하위 그룹 분석에서는 흉부 X선 영상이 취약한(예: 노인 또는 아픈) 환자에게 더 많은 예후 유용성을 제공하는 것으로 나타났습니다.

엑스레이 촬영을 통해 입원한 3313명의 환자 중 총 3310명의 환자를 전후방 또는 전후방 영상으로 분석하여 폐의 명확한 모습을 제공했습니다. 제외된 환자는 엑스레이에서 불분명한 시야를 제공하고 분석할 수 없는 환자 3명뿐이었습니다. 추적 관찰 기간 동안 병원 내 사망은 590명(17.8%), 호스피스 퇴원은 20명(0.6%)이었다. 평균 연령은 61세(사분위수 범위: 46~73세)였으며, 환자의 대다수는 남성(56%)이었고, 주변 인구에 비해 흑인 환자(21%)가 과다하게 나타났습니다. 평균 호흡률은 분당 18.8(17.5~21.7)회 호흡이었고, 평균 산소 포화도는 95.5%(94.0~97.2%)였습니다. 입원 당시 심부정맥(70%), 고혈압(70%), 체액 및 전해질 장애(70%)를 앓고 있는 환자의 비율이 높았습니다(보충 E). 7개의 방사성 특징과 7개의 임상 특징이 최종 모델에 포함되었습니다.