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Automated Machine Learning Segmentation and Measurement of Urinary Stones on CT Scan - 09/11/22

Doi : 10.1016/j.urology.2022.07.029 
Rilwan Babajide 1, , Katerina Lembrikova 2, , Justin Ziemba 3, 4, James Ding 3, Yuemeng Li 5, 6, Antoine Selman Fermin 7, Yong Fan 5, 6, Gregory E. Tasian 7, 8,
1 University of Chicago Pritzker School of Medicine, Chicago, IL 
2 SUNY Downstate College of Medicine, Brooklyn, NY 
3 University of Pennsylvania Perelman School of Medicine, Philadelphia, PA 
4 Department of Surgery, Division of Urology, Hospital of the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 
5 Department of Radiology, University of Pennsylvania Perelman School of Medicine, Philadelphia, PA 
6 The Center for Biomedical Image Computing and Analytics, University of Pennsylvania Perelman School of Medicine, Philadelphia, PA 
7 Department of Surgery, Division of Pediatric Urology, The Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA 
8 Department of Biostatistics, Epidemiology, and Informatics; Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 

⁎⁎Address correspondence to: Gregory E. Tasian M.D., M.S.c., M.S.C.E., Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104.Perelman School of Medicine at the University of PennsylvaniaPhiladelphiaPA19104

Abstract

Objectives

To evaluate the performance of an engineered machine learning algorithm to identify kidney stones and measure stone characteristics without the need for human input.

Methods

We performed a cross-sectional study of 94 children and adults who had kidney stones identified on non-contrast CT. A previously developed deep learning algorithm was trained to segment renal anatomy and kidney stones and to measure stone features. The performance and speed of the algorithm to measure renal anatomy and kidney stone features were compared to the current gold standard of human measurement performed by 3 independent reviewers.

Results

The algorithm was 100% sensitive and 100% specific in detecting individual kidney stones. The mean stone volume segmented by the algorithm was smaller than that of human reviewers and had moderate overlap (Dice score: 0.66). There was substantial variation between human reviewers in total segmented stone volume (Jaccard score: 0.17) and volume of the single largest stone (Jaccard score: 0.33). Stone segmentations performed by the machine learning algorithm more precisely approximated stone borders than those performed by human reviewers on qualitative assessment.

Conclusion

An engineered machine learning algorithm can identify and characterize stones more accurately and reliably than humans, which has the potential to improve the precision and efficiency of assessing kidney stone burden.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : ICC, IRR, ML, NCCT


Plan


 Funding support: This study was supported by P20DK127488 from the National Institute for Diabetes and Digestive Diseases and Kidney Diseases (NIDDK) of the National Institutes of Health (NIH). The NIH had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.
 Declarations of interest: None.


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Vol 169

P. 41-46 - novembre 2022 Retour au numéro
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  • Megan Stout, Tasha Posid, Jennifer Ballinger, John L. Cooper, Emily McKesson, Justin Rose, Cheryl T. Lee, Fara Bellows
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  • Computed Tomography Angiography and Three-Dimensional Reconstruction of Renal Arteries in Diagnosing the Bleedings After Mini-Percutaneous Nephrolithotomy: A Single-center Experience of 7 Years
  • Bin-Bin Yang, Wan-Zhang Liu, Jia-Pei Ying, Chang Li, Ting Huang, Jing-Yu Shi, Zhong Zheng, He-Sheng Yuan, Jia-Sheng Hu, Yue Cheng, Jun-Hai Qian

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