Machine and deep learning for MRI-based quantification of liver iron overload: a systematic review and meta-analysis

Abstract

BackgroundLiver iron overload, associated with conditions such as hereditary hemochromatosis and beta-thalassemia major, requires accurate quantification of liver iron concentration (LIC) to guide timely interventions and prevent complications. Magnetic resonance imaging (MRI) is the gold standard for noninvasive LIC assessment, but challenges in protocol variability and diagnostic consistency persist. Machine learning (ML) and deep learning (DL) offer potential to enhance MRI-based LIC quantification, yet their efficacy remains underexplored.ObjectiveThis systematic review and meta-analysis evaluates the diagnostic accuracy, algorithmic performance, and clinical applicability of ML and DL techniques for MRI-based LIC quantification in liver iron overload, adhering to PRISMA guidelines.MethodsA comprehensive search across PubMed, Embase, Scopus, Web of Science, Cochrane Library, and IEEE Xplore identified studies applying ML/DL to MRI-based LIC quantification. Eligible studies were assessed for diagnostic accuracy (sensitivity, specificity, AUC), LIC quantification precision (correlation, mean absolute error), and clinical applicability (automation, processing time). Methodological quality was evaluated using the QUADAS-2 tool, with qualitative synthesis and meta-analysis where feasible.ResultsEight studies were included, employing algorithms such as convolutional neural networks (CNNs), radiomics, and fuzzy C-mean clustering on T2*-weighted and multiparametric MRI. Pooled diagnostic accuracy from three studies showed a sensitivity of 0.79 (95 CI: 0.66-0.88) and specificity of 0.77 (95 CI: 0.64-0.86), with an AUC of 0.84. The DL methods demonstrated high precision (e.g., Pearson's r = 0.999) and automation, reducing processing times to as low as 0.1 s/slice. Limitations included heterogeneity, limited generalizability, and small external validation sets.ConclusionBoth ML and DL enhance MRI-based LIC quantification, offering high accuracy and efficiency. Standardized protocols and multicenter validation are needed to ensure clinical scalability and equitable access.HintergrundDie Eisen & uuml;berladung der Leber, die mit Erkrankungen wie heredit & auml;re H & auml;mochromatose und beta-Thalass & auml;mie major einhergeht, erfordert eine genaue Quantifizierung der Lebereisenkonzentration (LIC), um rechtzeitig intervenieren zu k & ouml;nnen und Komplikationen zu vermeiden. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist der Goldstandard f & uuml;r die nichtinvasive LIC-Bewertung, aber die Herausforderungen in Bezug auf Protokollvariabilit & auml;t und diagnostische Konsistenz bestehen weiterhin. Machine Learning (ML) und Deep Learning (DL) bieten das Potenzial, die MRT-basierte LIC-Quantifizierung zu verbessern, doch ihre Wirksamkeit ist noch nicht ausreichend erforscht.ZielsetzungDiese systematische & Uuml;bersichtsarbeit und Metaanalyse bewertet die diagnostische Genauigkeit, die algorithmische Leistung und die klinische Anwendbarkeit von ML- und DL-Techniken f & uuml;r die MRT-basierte LIC-Quantifizierung bei Eisen & uuml;berladung der Leber unter Einhaltung der PRISMA-Richtlinien.MethodenDurch eine umfassende Suche in PubMed, Embase, Scopus, Web of Science, Cochrane Library und IEEE Xplore wurden Studien identifiziert, die ML/DL auf die MRT-basierte LIC-Quantifizierung anwenden. Die in Frage kommenden Studien wurden hinsichtlich der diagnostischen Genauigkeit (Sensitivit & auml;t, Spezifit & auml;t, AUC), der Pr & auml;zision der LIC-Quantifizierung (Korrelation, mittlerer absoluter Fehler) und der klinischen Anwendbarkeit (Automatisierung, Verarbeitungszeit) bewertet. Die methodische Qualit & auml;t wurde mit dem QUADAS-2-Tool bewertet, wobei eine qualitative Synthese und eine Metaanalyse durchgef & uuml;hrt wurden, sofern dies m & ouml;glich war.ErgebnisseEs wurden 8 Studien eingeschlossen, in denen Algorithmen wie Convolutional Neural Networks (CNN), Radiomics und Fuzzy C-Mean Clustering auf der T2*-gewichteten und multiparametrischen MRT angewendet wurden. Die gepoolte diagnostische Genauigkeit aus 3 Studien ergab eine