Artificial intelligence to predict clinical disability in patients with multiple sclerosis using FLAIR MRI.
Diagnostic and Interventional Imaging. 2020-12-01; 101(12): 795-802
DOI: 10.1016/j.diii.2020.05.009
Read on PubMed
Roca P(1), Attye A(2), Colas L(3), Tucholka A(4), Rubini P(4), Cackowski S(5),
Ding J(3), Budzik JF(3), Renard F(6), Doyle S(4), Barbier EL(5), Bousaid I(7),
Casey R(8), Vukusic S(8), Lassau N(9), Verclytte S(3), Cotton F(10); OFSEP
Investigators; Steering Committee; Investigators; Imaging group.
Collaborators: Brochet B(11), Casey R(12), Cotton F(13), De Sèze J(14), Douek
P(15), Guillemin F(16), Laplaud D(17), Lebrun-Frenay C(18), Mansuy L(19), Moreau
T(20), Olaiz J(21), Pelletier J(22), Rigaud-Bully C(23), Stankoff B(24), Vukusic
S(25), Marignier R(25), Debouverie M(26), Edan G(27), Ciron J(28), Ruet A(11),
Collongues N(14), Lubetzki C(29), Vermersch P(30), Labauge P(31), Defer G(32),
Cohen M(18), Fromont A(20), Wiertlewsky S(17), Berger E(33), Clavelou P(34),
Audoin B(22), Giannesini C(24), Gout O(35), Thouvenot E(36), Heinzlef O(37),
Al-Khedr A(38), Bourre B(39), Casez O(40), Cabre P(41), Montcuquet A(42),
Créange A(43), Camdessanché JP(44), Faure J(45), Maurousset A(46), Patry I(47),
Hankiewicz K(48), Pottier C(49), Maubeuge N(50), Labeyrie C(51), Nifle C(52),
Ameli R(53), Anxionnat R(54), Attye A(55), Bannier E(56), Barillot C(57), Ben
Salem D(58), Boncoeur-Martel MP(59), Bonneville F(60), Boutet C(61), Brisset
JC(62), Cervenanski F(63), Claise B(64), Commowick O(65), Constans JM(66),
Dardel P(67), Desal H(68), Dousset V(69), Durand-Dubief F(70), Ferre JC(71),
Gerardin E(72), Glattard T(63), Grand S(55), Grenier T(63), Guillevin R(73),
Guttmann C(74), Krainik A(75), Kremer S(76), Lion S(77), Menjot de Champfleur
N(78), Mondot L(79), Outteryck O(80), Pyatigorskaya N(81), Pruvo JP(82), Rabaste
S(53), Ranjeva JP(83), Roch JA(84), Sadik JC(85), Sappey-Marinier D(53),
Savatovsky J(85), Tanguy JY(86), Tourbah A(87), Tourdias T(69).
Author information:
(1)Pixyl, Research and Development Laboratory, 38000 Grenoble, France.
Electronic address: .
(2)Grenoble Alpes University, 38000 Grenoble, France; Sydney Imaging Lab, Sydney
University, 2006 Sydney, NSW, Australia.
(3)Imaging Department, Lille Catholic Hospitals, Lille Catholic University,
59000 Lille, France.
(4)Pixyl, Research and Development Laboratory, 38000 Grenoble, France.
(5)University Grenoble Alpes, Inserm, U1216, Grenoble Institute Neurosciences,
38000 Grenoble, France.
(6)University Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LIG, 38000 Grenoble, France;
University Grenoble Alpes, AGEIS, 38000 Grenoble, France.
(7)Direction Transformation Numérique et Systèmes d’Information, Institut
Gustave Roussy, 94805 Villejuif, France.
(8)Department of Neurology-Multiple Sclerosis, Pathologies de la myéline et
neuro-inflammation, Hôpital Pierre Wertheimer, Hospices Civils de Lyon, 69500
Bron, France; Université Claude Bernard Lyon 1, Université de Lyon, 69622
Villeurbanne, France; Observatoire Français de la Sclérose en Plaques, Centre de
Recherche en Neurosciences de Lyon, INSERM 1028 et CNRS UMR 5292, 69003 Lyon,
France; Eugène Devic EDMUS Foundation Against Multiple Sclerosis, 69500 Bron,
France.
(9)Radiology Department, Institut Gustave Roussy, 94805 Villejuif, France;
BIOMAPS, UMR1281, Université Paris-Saclay, Inserm, CNRS, CEA, Laboratoire
d’Imagerie Biomédicale Multimodale Paris-Saclay, 94800 Villejuif, France.
(10)Observatoire Français de la Sclérose en Plaques, Centre de Recherche en
Neurosciences de Lyon, INSERM 1028 et CNRS UMR 5292, 69003 Lyon, France;
Department of Radiology, Centre Hospitalier Lyon-Sud, Hospices Civils de Lyon,
69310 Pierre-Bénite, France; CREATIS, CNRS UMR 5220, INSERM U1044, 69622
Villeurbanne, France.
(11)Centre hospitalier universitaire de Bordeaux, Hôpital Pellegrin, Service de
neurologie, Bordeaux, France.
(12)Observatoire français de la sclérose en plaques (OFSEP), Centre de
coordination national, Lyon/Bron, France.
(13)Hospices civils de Lyon, Hôpital Lyon sud, Service d’imagerie médicale et
interventionnelle, Lyon/Pierre-Bénite, France.
(14)Hôpitaux universitaire de Strasbourg, Hôpital de Hautepierre, Service des
maladies inflammatoires du système nerveux – neurologie, Strasbourg, France.
(15)Union pour la lutte contre la sclérose en plaques (UNISEP), Ivry-sur-Seine,
France.
(16)CIC 1433 Epidémiologie Clinique, Centre hospitalier régional universitaire
de Nancy, Inserm et Université de Lorraine, Nancy, France.
(17)Centre hospitalier universitaire de Nantes, Hôpital nord Laennec, Service de
neurologie, Nantes/Saint-Herblain, France.
(18)Centre hospitalier universitaire de Nice, Université Nice Côte d’Azur,
Hôpital Pasteur, Service de neurologie, Nice, France.
(19)Hospices civils de Lyon, Département de la recherche clinique et de
l’innovation, Lyon, France.
(20)Centre hospitalier universitaire Dijon Bourgogne, Hôpital François
Mitterrand, Service de neurologie, maladies inflammatoires du système nerveux et
neurologie générale, Dijon, France.
(21)Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon ingéniérie projets, Lyon, France.
(22)Assistance publique des hôpitaux de Marseille, Centre hospitalier de la
Timone, Service de neurologie et unité neuro-vasculaire, Marseille, France.
(23)Fondation Eugène Devic EDMUS contre la sclérose en plaques, Lyon, France.
(24)Assistance publique des hôpitaux de Paris, Hôpital Saint-Antoine, Service de
neurologie, Paris, France.
(25)Hospices civils de Lyon, Hôpital Pierre Wertheimer, Service de neurologie A,
Lyon/Bron, France.
(26)Centre hospitalier régional universitaire de Nancy, Hôpital central, Service
de neurologie, Nancy, France.
(27)Centre hospitalier universitaire de Rennes, Hôpital Pontchaillou, Service de
neurologie, Rennes, France.
(28)Centre hospitalier universitaire de Toulouse, Hôpital Purpan, Service de
neurologie inflammatoire et neuro-oncologie, Toulouse, France.
(29)Assistance publique des hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière,
Service de neurologie, Paris, France.
(30)Centre hospitalier universitaire de Lille, Hôpital Salengro, Service de
neurologie D, Lille, France.
(31)Centre hospitalier universitaire de Montpellier, Hôpital Gui de Chauliac,
Service de neurologie, Montpellier, France.
(32)Centre hospitalier universitaire de Caen Normandie, Service de neurologie,
Hôpital Côte de Nacre, Caen, France.
(33)Centre hospitalier régional universitaire de Besançon, Hôpital Jean Minjoz,
Service de neurologie, Besançon, France.
(34)Centre hospitalier universitaire de Clermont-Ferrand, Hôpital
Gabriel-Montpied, Service de neurologie, Clermont-Ferrand, France.
(35)Fondation Adolphe de Rothschild de l’œil et du cerveau, Service de
neurologie, Paris, France.
(36)Centre hospitalier universitaire de Nîmes, Hôpital Carémeau, Service de
neurologie, Nîmes, France.
(37)Centre hospitalier intercommunal de Poissy Saint-Germain-en-Laye, Service de
neurologie, Poissy, France.
(38)Centre hospitalier universitaire d’Amiens Picardie, Site sud, Service de
neurologie, Amiens, France.
(39)Centre hospitalier universitaire Rouen Normandie, Hôpital Charles-Nicolle,
Service de neurologie, Rouen, France.
(40)Centre hospitalier universitaire Grenoble-Alpes, Site nord, Service de
neurologie, Grenoble/La Tronche, France.
(41)Centre hospitalier universitaire de Martinique, Hôpital Pierre
Zobda-Quitman, Service de Neurologie, Fort-de-France, France.
(42)Centre hospitalier universitaire Limoges, Hôpital Dupuytren, Service de
neurologie, Limoges, France.
(43)Assistance publique des hôpitaux de Paris, Hôpital Henri Mondor, Service de
neurologie, Créteil, France.
(44)Centre hospitalier universitaire de Saint-Étienne, Hôpital Nord, Service de
neurologie, Saint-Étienne, France.
(45)Centre hospitalier universitaire de Reims, Hôpital Maison-Blanche, Service
de neurologie, Reims, France.
(46)Centre hospitalier régional universitaire de Tours, Hôpital Bretonneau,
Service de neurologie, Tours, France.
(47)Centre hospitalier sud francilien, Service de neurologie, Corbeil-Essonnes,
France.
(48)Centre hospitalier de Saint-Denis, Hôpital Casanova, Service de neurologie,
Saint-Denis, France.
(49)Centre hospitalier de Pontoise, Service de neurologie, Pontoise, France.
(50)Centre hospitalier universitaire de Poitiers, Site de la Milétrie, Service
de neurologie, Poitiers, France.
(51)Assistance publique des hôpitaux de Paris, Hôpital Bicêtre, Service de
neurologie, Le Kremlin-Bicêtre, France.
(52)Centre hospitalier de Versailles, Hôpital André-Mignot, Service de
neurologie, Le Chesnay, France.
(53)Hospices civils de Lyon, Service de radiologie, Lyon, France.
(54)CHU Nancy, Service de radiologie, Nancy, France.
(55)CHU de Grenoble, Service de radiologie, Grenoble, France.
(56)Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires, Rennes,
France.
(57)INRIA, Rennes, France.
(58)CHU Brest, Service de radiologie, Brest, France.
(59)CHU Limoges, Service de radiologie, Limoges, France.
(60)CHU Toulouse Purpan, Service de radiologie, Toulouse, France.
(61)CHU Saint-Etienne, Service de radiologie, Saint-Etienne, France.
(62)Median technologies, Valbonne, France.
(63)CREATIS, Villeurbanne, France.
(64)CHU Clermont-Ferrand, Service de radiologie, Clermont-Ferrand, France.
(65)NRIA, Rennes, France.
(66)CHU Amiens-Picardie, Service de radiologie, Amiens, France.
(67)CH Chambéry, Service de radiologie, Chambéry, France.
(68)CHU Nantes, Service de radiologie, Nantes, France.
(69)CHU Bordeaux, Service de radiologie, Bordeaux, France.
(70)Hospices civils de Lyon, Service de Neurologie, Lyon, France.
(71)CHU Rennes, Service de radiologie, Rennes, France.
(72)CHU Rouen, Service de radiologie, Rouen, France.
(73)CHR Poitiers, Service de radiologie, Poitiers, France.
(74)Harvard Medical School, Boston, USA.
(75)CHU Grenoble Alpes, Service de radiologie, Grenoble, France.
(76)CHU Strasbourg, Service de radiologie, Strasbourg, France.
(77)Centre de coordination national de l’OFSEP, Lyon/Bron, France.
(78)CHU Montpellier, Service de radiologie, Montpellier, France.
(79)CHU Nice, Service de radiologie, Nice, France.
(80)CHRU Lille, Consultations de neurologie D, Lille, France.
(81)ICM, Service de radiologie, Paris, France.
(82)CHRU Lille, Service de radiologie, Lille, France.
(83)APHM – CHU Marseille Timone, Service de radiologie, Marseille, France.
(84)Hôpital privé Jean Mermoz, Service de radiologie, Lyon, France.
(85)Fondation A. de Rothschild, Service de radiologie, Paris, France.
(86)CH Angers, Service de radiologie, Angers, France.
(87)Hôpital Raymond Poincaré, Service de Neurologie, Garches, France.
PURPOSE: The purpose of this study was to create an algorithm that combines
multiple machine-learning techniques to predict the expanded disability status
scale (EDSS) score of patients with multiple sclerosis at two years solely based
on age, sex and fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) MRI data.
MATERIALS AND METHODS: Our algorithm combined several complementary predictors:
a pure deep learning predictor based on a convolutional neural network (CNN)
that learns from the images, as well as classical machine-learning predictors
based on random forest regressors and manifold learning trained using the
location of lesion load with respect to white matter tracts. The aggregation of
the predictors was done through a weighted average taking into account
prediction errors for different EDSS ranges. The training dataset consisted of
971 multiple sclerosis patients from the “Observatoire français de la sclérose
en plaques” (OFSEP) cohort with initial FLAIR MRI and corresponding EDSS score
at two years. A test dataset (475 subjects) was provided without an EDSS score.
Ten percent of the training dataset was used for validation.
RESULTS: Our algorithm predicted EDSS score in patients with multiple sclerosis
and achieved a MSE=2.2 with the validation dataset and a MSE=3 (mean EDSS
error=1.7) with the test dataset.
CONCLUSION: Our method predicts two-year clinical disability in patients with
multiple sclerosis with a mean EDSS score error of 1.7, using FLAIR sequence and
basic patient demographics. This supports the use of our model to predict EDSS
score progression. These promising results should be further validated on an
external validation cohort.
Copyright © 2020 Société française de radiologie. Published by Elsevier Masson
SAS. All rights reserved.
DOI: 10.1016/j.diii.2020.05.009
PMID: 32651155 [Indexed for MEDLINE]