R.Du Hyun Ro整形外科と研究の話
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AIとビデオテスト · 2023

AIは下肢全長X線で何を検出し、アライメントを測定するのか?

股関節から足首までの画像で15の基準点を検出し、下肢全体のアライメント角を算出しました。

KSSTA · Changwung Jo, Doohyun Hwang, Sunho Ko et al. · Du Hyun Ro

研究の数値から読む結果

単施設で学習10,407件、検証500件、試験305件を用いました。図は資料の分割を示します。3施設の外部検証は2024年の後続研究で別に実施しました。図を拡大する

単施設で学習10,407件、検証500件、試験305件を用いました。図は資料の分割を示します。3施設の外部検証は2024年の後続研究で別に実施しました。

KSSTA (2023). DOI: 10.1007/s00167-022-07124-x · Original explanatory chart based on reported data

根拠・原著画像の利用条件
01

股関節から足首へ

膝だけの画像では下肢全体の荷重線や骨角度は十分分かりません。立位全長X線は股関節・膝・足首を一緒に示します。人工関節・骨切り計画では基準点と線でアライメントを測り、この反復作業の自動化を開発しました。

02

まず 穴を見つけ そしてその内にある点を見つけます

11,212画像でモデルを開発・評価しました。股関節・膝・足首の領域を分け、角度の起点となる15の基準点を検出します。専門医の基準値と比較し、訓練に使わない305画像を別のテストに用いました。

03

同じ角度を繰り返して 解決できるかどうか確認しました

モデルと基準値の一致度は各角度で高く、同じ画像の反復測定も一定していました。JLCA以外の角度の平均絶対誤差は0.52°未満でした。平均誤差が小さくても、全画像の誤差が小さいとは限りません。外れ値と角度別の性能をともに確認します。

04

関節線は両者の間の角度を注意深く読み取ります.

JLCAは大腿骨と脛骨の関節面が作る小さな角度です。他の大きなアライメント角度と同じ精度とまとめて説明することはできません。変性による境界の不鮮明さや撮影回旋の違いで、ランドマークの検出が変わる可能性があります。原文は測定の難しい画像も示し、モデルが何を検出したかを確認できるようにしています。

05

自動測定は医師の解釈が続く.

角度を速く測ることと、手術目標を決めることは別の作業です。骨性・関節内の変形、症状、動きを判断する必要があります。単施設の内部検証なので、他施設での確認も必要です。繰り返し使える測定を、より良い研究と計画の基盤にします。

また研究番号を見てください

11,212開発・評価画像
15解剖学的ランドマーク
305試験画像
RESEARCH FINDINGビデオを

研究対象の構成

開発・評価画像
11,212
06,446.912,893.8
研究に含まれた資料の数です。治療効果や個人のリスク確率を示しません。

よくある質問

これらの結果は 個々の治療に直接適用できるでしょうか?

角度を速く測ることと、手術目標を決めることは別の作業です。骨性・関節内の変形、症状、動きを判断する必要があります。単施設の内部検証なので、他施設での確認も必要です。繰り返し使える測定を、より良い研究と計画の基盤にします。

方法と数値を詳しく見る

Deep learning-based landmark recognition and angle measurement of full-leg plain radiographs can be adopted to assess lower extremity alignment

対象と方法

全下肢長X線画像は11,212枚で、学習10,407枚、検証500枚、テスト305枚でした。学習の重複を減らすため、右下肢の画像を使用しました。

股関節・膝・足関節のROIを分離し、15個の解剖学的ランドマークを検出してmLDFA・MPTA・JLCA・HKAAを算出しました。専門医の基準値に対する検者間・検者内ICC、平均絶対誤差、外れ値を分析しました。

論文に報告された結果

  1. 自動モデルの角度別の検者間ICCは≥0.98、反復測定ICCは1.00でした。
  2. JLCA以外の角度の平均絶対誤差は0.52°未満、外れ値の割合は4.26%未満でした。
  3. 角度によって定義と誤差が異なります。測定の再現性とランドマーク検出の失敗をともに確認します。

解釈できる範囲

後ろ向き単施設の内部検証で、外部施設での一般化性能は直接評価していません。開発資料が右下肢に集中していること、画像品質、撮影時の回旋の影響を考慮します。JLCAを他の角度とまとめ、すべての測定誤差が0.52°未満だったと説明してはいけません。

Keywords・キーワード

Abstract・原文の抄録

Changwung Jo, Doohyun Hwang, Sunho Ko, Myung Ho Yang, Myung Chul Lee, Hyuk-Soo Han, Du Hyun Ro. Deep learning-based landmark recognition and angle measurement of full-leg plain radiographs can be adopted to assess lower extremity alignment. Knee surgery, sports traumatology, arthroscopy : official journal of the ESSKA. 2023;31(4):1388-1397. doi:10.1007/s00167-022-07124-x.

PURPOSE

Evaluating lower extremity alignment using full-leg plain radiographs is an essential step in diagnosis and treatment of patients with knee osteoarthritis. The study objective was to present a deep learning-based anatomical landmark recognition and angle measurement model, using full-leg radiographs, and validate its performance.

METHODS

A total of 11,212 full-leg plain radiographs were used to create the model. To train the data, 15 anatomical landmarks were marked by two orthopaedic surgeons. Mechanical lateral distal femoral angle (mLDFA), medial proximal tibial angle (MPTA), joint line convergence angle (JLCA), and hip-knee-ankle angle (HKAA) were then measured. For inter-observer reliability, the inter-observer intraclass correlation coefficient (ICC) was evaluated by comparing measurements from the model, surgeons, and students, to ground truth measurements annotated by an orthopaedic specialist with 14 years of experience. To evaluate test-retest reliability, all measurements were made twice by each measurer. Intra-observer ICCs were then derived. Performance evaluation metrics used in previous studies were also derived for direct comparison of the model's performance.

RESULTS

Inter-observer ICCs for all angles of the model were 0.98 or higher (p < 0.001). Intra-observer ICCs for all angles were 1.00, which was higher than that of the orthopaedic specialist (0.97-1.00). Measurements made by the model showed no significant systemic variation. Except for JLCA, angles were precisely measured with absolute error averages under 0.52 degrees and proportion of outliers under 4.26%.

CONCLUSIONS

The deep learning model is capable of evaluating lower extremity alignment with performance as accurate as an orthopaedic specialist with 14 years of experience.

LEVEL OF EVIDENCE

III, retrospective cohort study.