Lumbar Bone Mineral Density Estimation From Chest X-Ray Images: Anatomy-Aware Attentive Multi-ROI Modeling

骨矿物 骨质疏松症 医学 基本事实 腰椎 感兴趣区域 放射科 腰椎 代谢性骨病 相关系数 金标准(测试) 核医学 人工智能 计算机科学 机器学习 内科学
作者
Fakai Wang,Kang Zheng,Le Lü,Jing Xiao,Min Wu,Chang‐Fu Kuo,Shun Miao
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (1): 257-267 被引量:30
标识
DOI:10.1109/tmi.2022.3209648
摘要

Osteoporosis is a common chronic metabolic bone disease often under-diagnosed and under-treated due to the limited access to bone mineral density (BMD) examinations, e.g., via Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA). This paper proposes a method to predict BMD from Chest X-ray (CXR), one of the most commonly accessible and low-cost medical imaging examinations. The proposed method first automatically detects Regions of Interest (ROIs) of local CXR bone structures. Then a multi-ROI deep model with transformer encoder is developed to exploit both local and global information in the chest X-ray image for accurate BMD estimation. The proposed method is evaluated on 13719 CXR patient cases with ground truth BMD measured by the gold standard DXA. The model predicted BMD has a strong correlation with the ground truth (Pearson correlation coefficient 0.894 on lumbar 1). When applied in osteoporosis screening, it achieves a high classification performance (average AUC of 0.968). As the first effort of using CXR scans to predict the BMD, the proposed algorithm holds strong potential to promote early osteoporosis screening and public health.
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