Purpose: To assess the reliability and accuracy of an automated Cobb angle measurement (ACAM) using a convolutional neural network (CNN) for scoliosis evaluation and to compare measurement times.
Materials and methods: ACAM was applied to spine radiographs in 411 patients suspected of scoliosis. Observer 1 (consensus of two musculoskeletal radiologists) and observer 2 (a radiology resident) measured Cobb angle (CA). CA measurements were categorized using observer 1's measurements as the reference standard. Inter-observer reliability and correlation were assessed using intraclass correlation coefficient (ICC) and Spearman's rank correlation coefficient, respectively. Accuracy and measurement time of ACAM and observers were evaluated.
Results: ACAM demonstrated excellent reliability and very high correlation with observer 1 (ICC = 0.976, Spearman's rank correlation = 0.948), with a mean CA difference of 1.1. Overall accuracy was high (88.2%), particularly in mild (92.2%) and moderate (96%) scoliosis. Accuracy was lower in spinal asymmetry (77.1%) and higher in severe scoliosis (95%), although the CA was lower compared to the observers. ACAM significantly reduced measurement time by nearly half compared to the observers (p < 0.001).
Conclusion: ACAM using CNN enhances CA measurement for assessing mild or moderate scoliosis, despite limitations in spinal asymmetry or severe scoliosis. Nonetheless, it substantially decreases measurement time.
목적: 척추측만증 평가 시 컨볼루션 신경망(convolutional neural network; 이하 CNN)을 이용한 자동콥각도 측정(automated Cobb angle measurement; 이하 ACAM)의 신뢰성과 정확성을 평가하고 측정시간을 비교하였다.
대상과 방법: 척추측만증이 의심되는 환자 411명을 대상으로 하였으며, 척추 방사선사진에 대해 ACAM을 수행하였다. 관찰자 1 (두 명의 근골격 영상의학과 의사의 합의)과 관찰자 2 (영상의학과 전공의)가 콥각도를 독립적으로 측정하였다. 콥각도 측정치는 관찰자 1의 측정치를 기준치로 사용하여 분류하였다. 관찰자 간 신뢰성과 상관관계를 급내상관계수(intraclass correlation coefficient; 이하 ICC)와 스피어만 순위 상관계수를 이용하여 평가하였고 ACAM과 관찰자의 정확도와 측정시간을 평가하였다.
결과: ACAM은 관찰자 1과 높은 신뢰성을 보이며 매우 높은 상관관계를 나타냈고(ICC = 0.976, 스피어만의 순위 상관계수 = 0.948) 평균 콥각도 차이는 1.1이었다. 전체적인 정확도는 높았으며(88.2%), 특히 경도(92.2%) 및 중등도(96%) 척추측만증 그룹에서 높았다. 반면 척추 비대칭 그룹에서는 정확도가 낮았고(77.1%) 심한 척추측만증 그룹에서는 높았으며(95%) 관찰자보다 콥각도를 작게 측정하는 경향을 보였다. ACAM은 관찰자에 비해 측정시간이 절반 정도 짧았다(p < 0.001).
결론: CNN을 이용한 ACAM은 경도나 중등도 척추측만증의 콥각도 측정을 향상시키나, 척추 비대칭이나 심한 척추측만증에 사용하는 데는 제한 점이 있었다. 하지만 측정시간을 현저히 감소시켰다.
Keywords: Cobb Angle; Convolutional Neural Network; Radiography; Scoliosis.
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