Generating dynamic carbon-dioxide traces from respiration-belt recordings: Feasibility using neural networks and application in functional magnetic resonance imaging
Notice bibliographique
Résumé
Introduction In the context of functional magnetic resonance imaging (fMRI), carbon dioxide (CO2) is a well-known vasodilator that has been widely used to monitor and interrogate vascular physiology. Moreover, spontaneous fluctuations in end-tidal carbon dioxide (PETCO2) reflects changes in arterial CO2 and has been demonstrated as the largest physiological noise source for denoising the low-frequency range of the resting-state fMRI (rs-fMRI) signal. However, the majority of rs-fMRI studies do not involve CO2 recordings, and most often only heart rate and respiration are recorded. While the intrinsic link between these latter metrics and CO2 led to suggested possible analytical models, they have not been widely applied. Methods In this proof-of-concept study, we propose a deep-learning (DL) approach to reconstruct CO2 and PETCO2 data from respiration waveforms in the resting state. Results We demonstrate that the one-to-one mapping between respiration and CO2 recordings can be well predicted using fully convolutional networks (FCNs), achieving a Pearson correlation coefficient (r) of 0.946 ± 0.056 with the ground truth CO2. Moreover, dynamic PETCO2 can be successfully derived from the predicted CO2, achieving r of 0.512 ± 0.269 with the ground truth. Importantly, the FCN-based methods outperform previously proposed analytical methods. In addition, we provide guidelines for quality assurance of respiration recordings for the purposes of CO2 prediction. Discussion Our results demonstrate that dynamic CO2 can be obtained from respiration-volume using neural networks, complementing the still few reports in DL of physiological fMRI signals, and paving the way for further research in DL based bio-signal processing.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».