Fast three‐dimensional image generation for healthy brain aging using diffeomorphic registration
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Predicting brain aging can help in the early detection and prognosis of neurodegenerative diseases. Longitudinal cohorts of healthy subjects scanned through magnetic resonance imaging (MRI) have been essential to understand the structural brain changes due to aging. However, these cohorts suffer from missing data due to logistic issues in the recruitment of subjects. This paper proposes a methodology for filling up missing data in longitudinal cohorts with anatomically plausible images that capture the subject‐specific aging process. The proposed methodology is developed within the framework of diffeomorphic registration. First, two novel modules are introduced within Synthmorph, a fast, state‐of‐the‐art deep learning‐based diffeomorphic registration method, to simulate the aging process between the first and last available MRI scan for each subject in three‐dimensional (3D). The use of image registration also makes the generated images plausible by construction. Second, we used six image similarity measurements to rearrange the generated images to the specific age range. Finally, we estimated the age of every generated image by using the assumption of linear brain decay in healthy subjects. The methodology was evaluated on 2662 T1‐weighted MRI scans from 796 healthy participants from 3 different longitudinal cohorts: Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, Open Access Series of Imaging Studies‐3, and Group of Neuropsychological Studies of the Canary Islands (GENIC). In total, we generated 7548 images to simulate the access of a scan per subject every 6 months in these cohorts. We evaluated the quality of the synthetic images using six quantitative measurements and a qualitative assessment by an experienced neuroradiologist with state‐of‐the‐art results. The assumption of linear brain decay was accurate in these cohorts ( R 2 ∈ [.924, .940]). The experimental results show that the proposed methodology can produce anatomically plausible aging predictions that can be used to enhance longitudinal datasets. Compared to deep learning‐based generative methods, diffeomorphic registration is more likely to preserve the anatomy of the different structures of the brain, which makes it more appropriate for its use in clinical applications. The proposed methodology is able to efficiently simulate anatomically plausible 3D MRI scans of brain aging of healthy subjects from two images scanned at two different time points.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 tête enseignante, 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 ».