The Gap in the Thickness: Estimating Effectiveness of Pulmonary Nodule Detection in Thick- and Thin-Section CT Images with 3D Deep Neural Networks

假阳性悖论 计算机科学 结核(地质) 卷积神经网络 人工智能 假阳性和假阴性 接收机工作特性 模式识别(心理学) 人工神经网络 机器学习 生物 古生物学
作者
Quan Guo,Chengdi Wang,Jixiang Guo,Hongli Bai,Xiuyuan Xu,Lan Yang,Jianyong Wang,Nan Chen,Zihuai Wang,Yuncui Gan,Lunxu Liu,Weimin Li,Yi Zhang
出处
期刊:Computer Methods and Programs in Biomedicine [Elsevier BV]
卷期号:229: 107290-107290 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cmpb.2022.107290
摘要

There is a noticeable gap in diagnostic evidence strength between the thick and thin scans of Low-Dose CT (LDCT) for pulmonary nodule detection. When the thin scans are needed is unknown, especially when aided with an artificial intelligence nodule detection system.A case study is conducted with a set of 1,000 pulmonary nodule screening LDCT scans with both thick (5.0mm), and thin (1.0mm) section scans available. Pulmonary nodule detection is performed by human and artificial intelligence models for nodule detection developed using 3D convolutional neural networks (CNNs). The intra-sample consistency is evaluated with thick and thin scans, for both clinical doctor and NN (neural network) models. Free receiver operating characteristic (FROC) is used to measure the accuracy of humans and NNs.Trained NNs outperform humans with small nodules < 6.0mm, which is a good complement to human ability. For nodules > 6.0mm, human and NNs perform similarly while human takes a fractional advantage. By allowing a few more FPs, a significant sensitivity improvement can be achieved with NNs.There is a performance gap between the thick and thin scans for pulmonary nodule detection regarding both false negatives and false positives. NNs can help reduce false negatives when the nodules are small and trade off the false negatives for sensitivity. A combination of human and trained NNs is a promising way to achieve a fast and accurate diagnosis.

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