An accessible deep learning tool for voxel-wise classification of brain malignancies from perfusion MRI

Otros/as autores/as

Institut Català de la Salut

[Garcia-Ruiz A, Grussu F, Monreal-Aguero C, Ligero M, Perez-Lopez R] Radiomics Group, Vall d’Hebron Institute of Oncology (VHIO), Barcelona, Spain. [Pons-Escoda A] Radiology Department, Bellvitge University Hospital, Barcelona, Spain. Neuro-Oncology Unit, Institut d’Investigacio Biomedica de Bellvitge (IDIBELL), Barcelona, Spain. [Naval-Baudin P] Radiology Department, Bellvitge University Hospital, Barcelona, Spain. [Hermann G] Radiation Medicine Department and Applied Sciences, University of California, San Diego, La Jolla, CA, USA

Vall d'Hebron Barcelona Hospital Campus

Fecha de publicación

2024-03-26T10:58:50Z

2024-03-26T10:58:50Z

2024-03-19



Resumen

Deep learning; Glioblastoma; Perfusion MRI


Aprenentatge profund; Glioblastoma; Ressonància magnètica de perfusió


Aprendizaje profundo; Glioblastoma; Resonancia magnética de perfusión


Noninvasive differential diagnosis of brain tumors is currently based on the assessment of magnetic resonance imaging (MRI) coupled with dynamic susceptibility contrast (DSC). However, a definitive diagnosis often requires neurosurgical interventions that compromise patients' quality of life. We apply deep learning on DSC images from histology-confirmed patients with glioblastoma, metastasis, or lymphoma. The convolutional neural network trained on ∼50,000 voxels from 40 patients provides intratumor probability maps that yield clinical-grade diagnosis. Performance is tested in 400 additional cases and an external validation cohort of 128 patients. The tool reaches a three-way accuracy of 0.78, superior to the conventional MRI metrics cerebral blood volume (0.55) and percentage of signal recovery (0.59), showing high value as a support diagnostic tool. Our open-access software, Diagnosis In Susceptibility Contrast Enhancing Regions for Neuro-oncology (DISCERN), demonstrates its potential in aiding medical decisions for brain tumor diagnosis using standard-of-care MRI.


This project was supported by “La Caixa” Foundation (RTI2018-095209-B-C21) and the Spanish Ministry of Science and Innovation (FIS-G64384969). R.P.-L. is supported by the Prostate Cancer Foundation Young Investigator Award, the FERO Foundation, the CRIS Foundation Talent Award (TALENT19-05), the Instituto de Salud Carlos III Investigacion en Salud (PI21/01019), and the Asociacion Espanola Contra el Cancer (PRYCO211023SERR). F.G. was funded by the Government of Catalonia (Beatriu de Pinos 2020 00117 BP) and by the Fundacio LaCaixa (ID 100010434, code LCF/BQ/PR22/11920010). C.M. and A.P.-E. acknowledge support from the Instituto de Salud Carlos III-Investigación en Salud (PI20/00360). We would like to express our sincere appreciation to Javier Carmona for his valuable support and assistance in reviewing the manuscript.

Tipo de documento

Artículo


Versión publicada

Lengua

Inglés

Materias y palabras clave

Cervell - Càncer - Imatgeria; Imatgeria per ressonància magnètica; Aprenentatge profund; DISEASES::Neoplasms::Neoplasms by Site::Nervous System Neoplasms::Central Nervous System Neoplasms::Brain Neoplasms; Other subheadings::Other subheadings::Other subheadings::/diagnostic imaging; PHENOMENA AND PROCESSES::Mathematical Concepts::Algorithms::Artificial Intelligence::Machine Learning::Deep Learning; ANALYTICAL, DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC TECHNIQUES, AND EQUIPMENT::Diagnosis::Diagnostic Techniques and Procedures::Diagnostic Imaging::Tomography::Magnetic Resonance Imaging; ANALYTICAL, DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC TECHNIQUES, AND EQUIPMENT::Diagnosis::Diagnostic Techniques and Procedures::Diagnostic Imaging::Radionuclide Imaging::Perfusion Imaging; ENFERMEDADES::neoplasias::neoplasias por localización::neoplasias del sistema nervioso::neoplasias del sistema nervioso central::neoplasias cerebrales; Otros calificadores::Otros calificadores::Otros calificadores::/diagnóstico por imagen; FENÓMENOS Y PROCESOS::conceptos matemáticos::algoritmos::inteligencia artificial::aprendizaje automático::aprendizaje profundo; TÉCNICAS Y EQUIPOS ANALÍTICOS, DIAGNÓSTICOS Y TERAPÉUTICOS::diagnóstico::técnicas y procedimientos diagnósticos::diagnóstico por imagen::tomografía::imagen por resonancia magnética; TÉCNICAS Y EQUIPOS ANALÍTICOS, DIAGNÓSTICOS Y TERAPÉUTICOS::diagnóstico::técnicas y procedimientos diagnósticos::diagnóstico por imagen::imagen radioisotópica::imágenes de perfusión

Publicado por

Cell Press

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https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101464

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