Additional value of chest CT AI-based quantification of lung involvement in predicting death and ICU admission for COVID-19 patients - 02/12/22

Doi : 10.1016/j.redii.2022.100018 
Eloise Galzin a, Laurent Roche b, x, y, Anna Vlachomitrou c, Olivier Nempont c, Heike Carolus d, Alexander Schmidt-Richberg d, Peng Jin e, Pedro Rodrigues e, Tobias Klinder d, Jean-Christophe Richard f, g, Karim Tazarourte h, i, Marion Douplat h, i, Alain Sigal i, Maude Bouscambert-Duchamp aj, aa, Salim Aymeric Si-Mohamed a, g, , Sylvain Gouttard a, Adeline Mansuy a, François Talbot ab, Jean-Baptiste Pialat a, g, Olivier Rouvière a, ac, Laurent Milot a, ac, François Cotton a, g, Philippe Douek a, g, Antoine Duclos h, Muriel Rabilloud b, x, y, Loic Boussel a, g
a Department of Radiology, Hospices Civils de Lyon, Lyon, France 
b Department of Biostatistics, Hospices Civils de Lyon, Lyon F-69003, France 
c Philips France, 33 rue de Verdun, CS 60 055, Suresnes Cedex 92156, France 
d Philips Research, Röntgenstrasse 24-26, Hamburg D-22335, Germany 
e Philips Medical Systems Nederland BV (Philips Healthcare), the Netherlands 
f Department of Critical Care Medicine, Hôpital De La Croix Rousse, Hospices Civils de Lyon, Lyon, France 
g Univ Lyon, INSA‐Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, UJM-Saint Etienne, CNRS, Inserm, CREATIS UMR 5220, Lyon U1294, France 
h Research on Healthcare Performance (RESHAPE), INSERM U1290, Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon, France 
i Emergency department and SAMU 69, Hospices civils de Lyon, France 
x Université de Lyon, Lyon F-69000, France 
y Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive, Université Lyon 1, CNRS, UMR5558, Equipe Biostatistique-Santé, Villeurbanne F-69622, France 
aa Université de Lyon, Virpath, CIRI, INSERM U1111, CNRS UMR5308, ENS Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon F-69372, France 
ab Department of Information Technology, Hospices Civils de Lyon, Lyon, France 
ac LabTAU INSERM U1032, Lyon, France 
aj Laboratoire de Virologie, Institut des Agents Infectieux de Lyon, Centre National de Référence des virus respiratoires France Sud, Centre de Biologie et de Pathologie Nord, Hospices Civils de Lyon, Lyon F-69317, France 

Corresponding author at: Address for correspondence: CHU Cardiologique Louis Pradel; Department of Cardiothoracic Radiology; 59 Boulevard Pinel, 69500 Bron.CHU Cardiologique Louis PradelDepartment of Cardiothoracic Radiology59 Boulevard Pinel69500Bron

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Highlights

Clinically available AI software allows automatic quantification of lung involvement on chest CT scans for COVID-19 patients.
CT findings combined with clinical variables allow better intensive care unit admission and death prediction.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Objectives

We evaluated the contribution of lung lesion quantification on chest CT using a clinical Artificial Intelligence (AI) software in predicting death and intensive care units (ICU) admission for COVID-19 patients.

Methods

For 349 patients with positive COVID-19-PCR test that underwent a chest CT scan at admittance or during hospitalization, we applied the AI for lung and lung lesion segmentation to obtain lesion volume (LV), and LV/Total Lung Volume (TLV) ratio. ROC analysis was used to extract the best CT criterion in predicting death and ICU admission. Two prognostic models using multivariate logistic regressions were constructed to predict each outcome and were compared using AUC values. The first model (“Clinical”) was based on patients’ characteristics and clinical symptoms only. The second model (“Clinical+LV/TLV”) included also the best CT criterion.

Results

LV/TLV ratio demonstrated best performance for both outcomes; AUC of 67.8% (95% CI: 59.5 - 76.1) and 81.1% (95% CI: 75.7 - 86.5) respectively. Regarding death prediction, AUC values were 76.2% (95% CI: 69.9 - 82.6) and 79.9% (95%IC: 74.4 - 85.5) for the “Clinical” and the “Clinical+LV/TLV” models respectively, showing significant performance increase (+ 3.7%; p-value<0.001) when adding LV/TLV ratio. Similarly, for ICU admission prediction, AUC values were 74.9% (IC 95%: 69.2 - 80.6) and 84.8% (IC 95%: 80.4 - 89.2) respectively corresponding to significant performance increase (+ 10%: p-value<0.001).

Conclusions

Using a clinical AI software to quantify the COVID-19 lung involvement on chest CT, combined with clinical variables, allows better prediction of death and ICU admission.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Prognosis, AI, COVID-19, Chest-CT, ICU

Abbreviations : AI, CI, COVID-19, ICU, ENT, PACS, PCR, TLV, LV


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  • Additional value of chest CT AI-based quantification of lung involvement in predicting death and ICU admission for COVID-19 patients
  • Eloise Galzin, Laurent Roche, Anna Vlachomitrou, Olivier Nempont, Heike Carolus, Alexander Schmidt-Richberg, Peng Jin, Pedro Rodrigues, Tobias Klinder, Jean-Christophe Richard, Karim Tazarourte, Marion Douplat, Alain Sigal, Maude Bouscambert-Duchamp, Salim Aymeric Si-Mohamed, Sylvain Gouttard, Adeline Mansuy, François Talbot, Jean-Baptiste Pialat, Olivier Rouvière, Laurent Milot, François Cotton, Philippe Douek, Antoine Duclos, Muriel Rabilloud, Loic Boussel

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