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Machine Learning for Pediatric Echocardiographic Mitral Regurgitation Detection - 03/01/23

Doi : 10.1016/j.echo.2022.09.017 
Lindsay A. Edwards, MD a, Fei Feng, BS b, Mehreen Iqbal, MD c, Yong Fu, BS b, Amy Sanyahumbi, MD d, Shiying Hao, PhD e, Doff B. McElhinney, MD e, X. Bruce Ling, PhD f, Craig Sable, MD g, Jiajia Luo, PhD h, ⁎
a Department of Pediatrics, Seattle Children’s Hospital, Seattle, Washington 
b University of Michigan–Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China 
c Department of Pediatrics, Stanford University School of Medicine, Stanford, California 
d Department of Pediatrics, Baylor College of Medicine, Houston, Texas 
e Department of Cardiothoracic Surgery, Stanford University School of Medicine, Palo Alto, California 
f Department of Surgery, Stanford University School of Medicine, Stanford, California 
g Department of Pediatrics, Children’s National Health System, Washington, District of Columbia 
h Biomedical Engineering Department, Peking University, Beijing, China 

∗Reprint requests: Jiajia Luo, PhD, Biomedical Engineering Department, Peking University, 38 Xueyuan Road, Haidian, Beijing 100191, P.R. China.Biomedical Engineering DepartmentPeking University38 Xueyuan RoadHaidianBeijing100191P.R. China

Abstract

Background

Echocardiography-based screening for valvular disease in at-risk asymptomatic children can result in early diagnosis. These screening programs, however, are resource intensive and may not be feasible in many resource-limited settings. Automated echocardiographic diagnosis may enable more widespread echocardiographic screening, early diagnosis, and improved outcomes. In this feasibility study, the authors sought to build a machine learning model capable of identifying mitral regurgitation (MR) on echocardiography.

Methods

Echocardiograms were labeled by clip for view and by frame for the presence of MR. The labeled data were used to build two convolutional neural networks to perform the stepwise tasks of classifying the clips (1) by view and (2) by the presence of any MR, including physiologic, in parasternal long-axis color Doppler views. The view classification model was developed using 66,330 frames, and model performance was evaluated using a hold-out testing data set with 45 echocardiograms (11,730 frames). The MR detection model was developed using 938 frames, and model performance was evaluated using a hold-out testing data set with 42 echocardiograms (182 frames). Metrics to evaluate model performance included accuracy, precision, recall, F1 score (average of precision and recall, ranging from 0 to 1, with 1 suggesting perfect precision and recall), and receiver operating characteristic analysis.

Results

For the parasternal long-axis view with color Doppler, the view classification convolutional neural network achieved an F1 score of 0.97. The MR detection convolutional neural network achieved testing accuracy of 0.86 and an area under the receiver operating characteristic curve of 0.91.

Conclusions

A machine learning model is capable of discerning MR on transthoracic echocardiography. This is an encouraging step toward machine learning–based diagnosis of valvular heart disease on pediatric echocardiography.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

•
Many children undergo echocardiography-based screening for valvular heart disease.
•
The authors built an AI-based view classification and MR detection model.
•
The model accurately identified view and MR of any severity.
•
With more research, automated pediatric valvular disease detection is feasible.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Machine learning, Deep learning, Echocardiogram, Mitral valve regurgitation

Abbreviations : 2D, CNN, MR, PLAX-C, RHD


Plan


 Fei Feng’s doctoral studies are partially funded by National Natural Science Foundation of China General Program grant 31870942.
 Conflicts of interest: None.


© 2022  American Society of Echocardiography. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 36 - N° 1

P. 96 - janvier 2023 Retour au numéro
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