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Deep Learning to Optimize Magnetic Resonance Imaging Prediction of Motor Outcomes After Hypoxic-Ischemic Encephalopathy - 17/11/23

Doi : 10.1016/j.pediatrneurol.2023.09.001 
Zachary A. Vesoulis, MD, MSCI a, , Shamik B. Trivedi, MD b, Hallie F. Morris, MD c, Robert C. McKinstry, MD, PhD d, Yi Li, MD e, Amit M. Mathur, MBBS, MD, MRCP (UK) f, Yvonne W. Wu, MD, MPH g
a Division of Newborn Medicine, Department of Pediatrics, Washington University, St. Louis, Missouri 
b Division of Neonatology, Department of Pediatrics, Northwestern University, Chicago, Illinois 
c Division of Neonatology, Children's National Medical Center, Washington, District of Columbia 
d Department of Radiology, Washington University, St. Louis, Missouri 
e Department of Radiology, UCSF, San Francisco, California 
f Division of Neonatology, Department of Pediatrics, Saint Louis University, St. Louis, Missouri 
g Department of Neurology, UCSF, San Francisco, California 

Communications should be addressed to: Dr. Vesoulis, Newborn Medicine; Washington University in Saint Louis; 1 Children's Place, Box 8116; St. Louis, MO 63110.Newborn MedicineWashington University in Saint Louis1 Children's PlaceBox 8116St. LouisMO63110

Abstract

Background

Magnetic resonance imaging (MRI) is the gold standard for outcome prediction after hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE). Published scoring systems contain duplicative or conflicting elements.

Methods

Infants ≥36 weeks gestational age (GA) with moderate to severe HIE, therapeutic hypothermia treatment, and T1/T2/diffusion-weighted imaging were identified. Adverse motor outcome was defined as Bayley-III motor score <85 or Alberta Infant Motor Scale <10th centile at 12 to 24 months. MRIs were scored using a published scoring system.

Logistic regression (LR) and gradient-boosted deep learning (DL) models quantified the importance of clinical and imaging features. The cohort underwent 80/20 train/test split with fivefold cross validation. Feature selection eliminated low-value features.

Results

A total of 117 infants were identified with mean GA = 38.6 weeks, median cord pH = 7.01, and median 10-minute Apgar = 5. Adverse motor outcome was noted in 23 of 117 (20%).

Putamen/globus pallidus injury on T1, GA, and cord pH were the most informative features. Feature selection improved model accuracy from 79% (48-feature MRI model) to 85% (three-feature model). The three-feature DL model had superior performance to the best LR model (area under the receiver-operator curve 0.69 versus 0.75).

Conclusions

The parsimonious DL model predicted adverse HIE motor outcomes with 85% accuracy using only three features (putamen/globus pallidus injury on T1, GA, and cord pH) and outperformed LR.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : HIE, MRI, Machine learning, Outcome, Neonatal


Plan


 Consent: Informed written consent was obtained for all participants before any study procedures.
 Statement of financial support: 1. NIH Career Development Awards: K23 NS111086 (Vesoulis). 2. NIH Project Grant U01 NS092764 (Wu). 3. Thrasher Research Fund (Wu).
 Data availability statement: Code for the deep learning algorithm is available under GNU General Public License at: ml_mri. Patient level data are not available due to privacy restrictions.


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