Data-driven, voxel-based analysis of brain PET images: Application of PCA and LASSO methods to visualize and quantify patterns of neurodegeneration
Notice bibliographique
Résumé
Spatial patterns of radiotracer binding in positron emission tomography (PET) images may convey information related to the disease topology. However, this information is not captured by the standard PET image analysis that quantifies the mean radiotracer uptake within a region of interest (ROI). On the other hand, spatial analyses that use more advanced radiomic features may be difficult to interpret. Here we propose an alternative data-driven, voxel-based approach to spatial pattern analysis in brain PET, which can be easily interpreted. We apply principal component analysis (PCA) to identify voxel covariance patterns, and optimally combine several patterns using the least absolute shrinkage and selection operator (LASSO). The resulting models predict clinical disease metrics from raw voxel values, allowing for inclusion of clinical covariates. The analysis is performed on high-resolution PET images from healthy controls and subjects affected by Parkinson's disease (PD), acquired with a pre-synaptic and a post-synaptic dopaminergic PET tracer. We demonstrate that PCA identifies robust and tracer-specific binding patterns in sub-cortical brain structures; the patterns evolve as a function of disease progression. Principal component LASSO (PC-LASSO) models of clinical disease metrics achieve higher predictive accuracy compared to the mean tracer binding ratio (BR) alone: the cross-validated test mean squared error of adjusted disease duration (motor impairment score) was 16.3 ± 0.17 years2 (9.7 ± 0.15) with mean BR, versus 14.4 ± 0.18 years2 (8.9 ± 0.16) with PC-LASSO. We interpret the best-performing PC-LASSO models in the spatial sense and discuss them with reference to the PD pathology and somatotopic organization of the striatum. PC-LASSO is thus shown to be a useful method to analyze clinically-relevant tracer binding patterns, and to construct interpretable, imaging-based predictive models of clinical metrics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».