Accurate Bayesian segmentation of thalamic nuclei using diffusion MRI and an improved histological atlas
Notice bibliographique
Résumé
The human thalamus is a highly connected brain structure, which is key for the control of numerous functions and is involved in several neurological disorders. Recently, neuroimaging studies have increasingly focused on the volume and connectivity of the specific nuclei comprising this structure, rather than looking at the thalamus as a whole. However, accurate identification of cytoarchitectonically designed histological nuclei on standard in vivo structural MRI is hampered by the lack of image contrast that can be used to distinguish nuclei from each other and from surrounding white matter tracts. While diffusion MRI may offer such contrast, it has lower resolution and lacks some boundaries visible in structural imaging. In this work, we present a Bayesian segmentation algorithm for the thalamus. This algorithm combines prior information from a probabilistic atlas with likelihood models for both structural and diffusion MRI, allowing segmentation of 25 thalamic labels per hemisphere informed by both modalities. We present an improved probabilistic atlas, incorporating thalamic nuclei identified from histology and 45 white matter tracts surrounding the thalamus identified in ultra-high gradient strength diffusion imaging. We present a family of likelihood models for diffusion tensor imaging, ensuring compatibility with the vast majority of neuroimaging datasets that include diffusion MRI data. The use of these diffusion likelihood models greatly improves identification of nuclear groups versus segmentation based solely on structural MRI. Dice comparison of 5 manually identifiable groups of nuclei to ground truth segmentations show improvements of up to 10 percentage points. Additionally, our chosen model shows a high degree of reliability, with median test-retest Dice scores above 0.85 for four out of five nuclei groups, whilst also offering improved detection of differential thalamic involvement in Alzheimer's disease (AUROC 81.98%). The probabilistic atlas and segmentation tool will be made publicly available as part of the neuroimaging package FreeSurfer (https://freesurfer.net/fswiki/ThalamicNucleiDTI).
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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 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,002 |
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 ».