Predicción automatizada del nivel de osteoartritis en tejido osteocondral humano utilizando imágenes histopatológicas
Autores: Khader, Ateka; Alquran, Hiam
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Predicción automatizada del nivel de osteoartritis en tejido osteocondral humano utilizando imágenes histopatológicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Osteoartritis
Sistemas de puntuación de histopatología
Algoritmos de inteligencia artificial
Especímenes de cartílago
Redes convolucionales
Máquina de vectores de soporte
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
La osteoartritis (OA) es la artritis más común y la principal causa de discapacidad en las extremidades inferiores en adultos mayores. Comprender la progresión de la OA es importante en el desarrollo de técnicas terapéuticas específicas para el paciente en la etapa temprana de la OA en lugar de en la etapa final. Los sistemas de puntuación histopatológica suelen utilizarse para evaluar el progreso de la OA y los mecanismos involucrados en su desarrollo. Este estudio tiene como objetivo clasificar automáticamente las imágenes histopatológicas de especímenes de cartílago, utilizando algoritmos de inteligencia artificial. Las imágenes de cartílago teñidas con hematoxilina y eosina (HE) y safranina O y verde rápido (SafO) de especímenes de cartílago humano se dividieron en OA temprana, leve, moderada y grave. Se utilizaron cinco redes convolucionales pre-entrenadas (DarkNet-19, MobileNet, ResNet-101, NasNet) para extraer veinte características de las últimas capas completamente conectadas para ambos escenarios de SafO y HE. Se utilizaron análisis de componentes principales (PCA) y optimización de hormigas león (ALO) para obtener las mejores características ponderadas. El clasificador de máquina de vectores de soporte se entrenó y probó en base a los descriptores seleccionados para lograr las mayores precisión de 98.04% y 97.03% en HE y SafO, respectivamente. Utilizando el algoritmo ALO, las puntuaciones F1 fueron 0.97, 0.991, 1 y 1 para las imágenes de HE y 1, 0.991, 0.97 y 1 para las imágenes de SafO para las clases de OA temprana, leve, moderada y grave, respectivamente. Este algoritmo puede ser una herramienta útil para que los investigadores evalúen las imágenes histopatológicas de la OA sin necesidad de expertos en sistemas de puntuación histopatológica o la necesidad de entrenar a nuevos expertos. La incorporación de características profundas automatizadas podría ayudar a mejorar la caracterización y comprensión de la progresión y desarrollo de la OA.
Descripción
La osteoartritis (OA) es la artritis más común y la principal causa de discapacidad en las extremidades inferiores en adultos mayores. Comprender la progresión de la OA es importante en el desarrollo de técnicas terapéuticas específicas para el paciente en la etapa temprana de la OA en lugar de en la etapa final. Los sistemas de puntuación histopatológica suelen utilizarse para evaluar el progreso de la OA y los mecanismos involucrados en su desarrollo. Este estudio tiene como objetivo clasificar automáticamente las imágenes histopatológicas de especímenes de cartílago, utilizando algoritmos de inteligencia artificial. Las imágenes de cartílago teñidas con hematoxilina y eosina (HE) y safranina O y verde rápido (SafO) de especímenes de cartílago humano se dividieron en OA temprana, leve, moderada y grave. Se utilizaron cinco redes convolucionales pre-entrenadas (DarkNet-19, MobileNet, ResNet-101, NasNet) para extraer veinte características de las últimas capas completamente conectadas para ambos escenarios de SafO y HE. Se utilizaron análisis de componentes principales (PCA) y optimización de hormigas león (ALO) para obtener las mejores características ponderadas. El clasificador de máquina de vectores de soporte se entrenó y probó en base a los descriptores seleccionados para lograr las mayores precisión de 98.04% y 97.03% en HE y SafO, respectivamente. Utilizando el algoritmo ALO, las puntuaciones F1 fueron 0.97, 0.991, 1 y 1 para las imágenes de HE y 1, 0.991, 0.97 y 1 para las imágenes de SafO para las clases de OA temprana, leve, moderada y grave, respectivamente. Este algoritmo puede ser una herramienta útil para que los investigadores evalúen las imágenes histopatológicas de la OA sin necesidad de expertos en sistemas de puntuación histopatológica o la necesidad de entrenar a nuevos expertos. La incorporación de características profundas automatizadas podría ayudar a mejorar la caracterización y comprensión de la progresión y desarrollo de la OA.