用于评估骨关节炎软骨严重程度的自动化框架：高分辨率软骨厚度绘图与评分

《European Radiology》：Automatic framework for evaluating osteoarthritic cartilage severity: high-resolution cartilage thickness mapping and scoring

本研究开发了基于MRI的自动化骨关节炎软骨评估框架，通过3D-UNet分割生成软骨厚度图（CTh-Maps）和评分系统（CTh-Score）。验证显示其重测信度ICC>0.98，与专家MOAKS评分强相关（r=0.81），并能早期检测软骨退化并跟踪KL分级进展，为临床试验提供新工具。

　　

摘要

目的

开发并验证一种自动、可扩展的框架，用于利用高分辨率软骨厚度图（CTh-Maps）和CTh-Score来评估股骨-胫骨骨关节炎软骨的严重程度。

材料与方法

分析了包含4796名受试者的骨关节炎研究（OAI）队列。训练了一个3D-UNet模型，利用基线、1年、2年、3年、4年、6年和8年随访时的MRI数据对股骨-胫骨骨骼和软骨进行分割。为每个膝关节生成了CTh-Maps。在CTh-Maps上训练的ResNet模型为软骨损伤程度分配了CTh-Score，评分范围从0（健康软骨）到100（晚期骨关节炎）。通过测试/重测设置评估了CTh-Score的可重复性，并通过其与专家对软骨损伤评估（MOAKS分级）的相关性以及在OAI和外部数据集中的与骨关节炎严重程度（KL分级）的关联来评估其有效性。还研究了CTh-Score对骨关节炎结构进展的敏感性。

结果

该框架为整个OAI生成了CTh-Maps，形成了“OAI CTh-Maps”数据集。CTh-Maps和CTh-Score均表现出优异的可重复性（ICC > 0.98）。CTh-Score与专家对软骨损伤的评估具有强相关性（r = 0.81），并与骨关节炎严重程度有强关联，包括在外部数据集中也是如此。在8年随访时，几乎所有受试者的CTh-Score都有所增加或保持稳定。CTh-Score对变化非常敏感，在KL分级进展前的6年内显著增加。

结论

CTh-Maps和CTh-Score代表了一种新的影像学软骨分析方法。它们的可扩展性、可重复性和对骨关节炎软骨严重程度的敏感性为早期发现骨关节炎、更好地监测疾病以及确定治疗窗口提供了重要机会。项目页面：https://lausannekneestudy.org/cthscore/ 数据集链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.18745638。

要点

问题 骨关节炎研究需要改进的影像生物标志物，但现有方法在评估不均匀的软骨退化方面存在局限性，并且缺乏可扩展性。

发现 本研究通过生成CTh-Maps和CTh-Score，引入了一种自动评估骨关节炎软骨严重程度的框架。

临床意义 CTh-Maps和CTh-Score在评估骨关节炎软骨严重程度方面的可扩展性和敏感性为临床试验创造了新的机会，既可用于筛查阶段（识别疾病进展者），也可用于治疗评估（作为疾病结构进展的生物标志物）。

图形摘要

目的

开发并验证一种自动、可扩展的框架，用于利用高分辨率软骨厚度图（CTh-Maps）和CTh-Score来评估股骨-胫骨骨关节炎软骨的严重程度。

材料与方法

分析了包含4796名受试者的骨关节炎研究（OAI）队列。训练了一个3D-UNet模型，利用基线、1年、2年、3年、4年、6年和8年随访时的MRI数据对股骨-胫骨骨骼和软骨进行分割。为每个膝关节生成了CTh-Maps。在CTh-Maps上训练的ResNet模型为软骨损伤程度分配了CTh-Score，评分范围从0（健康软骨）到100（晚期骨关节炎）。通过测试/重测设置评估了CTh-Score的可重复性，并通过其与专家对软骨损伤评估（MOAKS分级）的相关性以及在OAI和外部数据集中的与骨关节炎严重程度（KL分级）的关联来评估其有效性。还研究了CTh-Score对骨关节炎结构进展的敏感性。

结果

该框架为整个OAI生成了CTh-Maps，形成了“OAI CTh-Maps”数据集。CTh-Maps和CTh-Score均表现出优异的可重复性（ICC > 0.98）。CTh-Score与专家对软骨损伤的评估具有强相关性（r = 0.81），并与骨关节炎严重程度有强关联，包括在外部数据集中也是如此。在8年随访时，几乎所有受试者的CTh-Score都有所增加或保持稳定。CTh-Score对变化非常敏感，在KL分级进展前的6年内显著增加。

结论

CTh-Maps和CTh-Score代表了一种新的影像学软骨分析方法。它们的可扩展性、可重复性和对骨关节炎软骨严重程度的敏感性为早期发现骨关节炎、更好地监测疾病以及确定治疗窗口提供了重要机会。项目页面：https://lausannekneestudy.org/cthscore/ 数据集链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.18745638。

要点

问题 骨关节炎研究需要改进的影像生物标志物，但现有方法在评估不均匀的软骨退化方面存在局限性，并且缺乏可扩展性。

发现 本研究通过生成CTh-Maps和CTh-Score，引入了一种自动评估骨关节炎软骨严重程度的框架。

临床意义 CTh-Maps和CTh-Score在评估骨关节炎软骨严重程度方面的可扩展性和敏感性为临床试验创造了新的机会，既可用于筛查阶段（识别疾病进展者），也可用于治疗评估（作为疾病结构进展的生物标志物）。

图形摘要