Segmenting white matter hyperintensities on isotropic three-dimensional Fluid Attenuated Inversion Recovery magnetic resonance images: Assessing deep learning tools on a Norwegian imaging database
Notice bibliographique
Résumé
An important step in the analysis of magnetic resonance imaging (MRI) data for neuroimaging is the automated segmentation of white matter hyperintensities (WMHs). Fluid Attenuated Inversion Recovery (FLAIR-weighted) is an MRI contrast that is particularly useful to visualize and quantify WMHs, a hallmark of cerebral small vessel disease and Alzheimer's disease (AD). In order to achieve high spatial resolution in each of the three voxel dimensions, clinical MRI protocols are evolving to a three-dimensional (3D) FLAIR-weighted acquisition. The current study details the deployment of deep learning tools to enable automated WMH segmentation and characterization from 3D FLAIR-weighted images acquired as part of a national AD imaging initiative. Based on data from the ongoing Norwegian Disease Dementia Initiation (DDI) multicenter study, two 3D models-one off-the-shelf from the NVIDIA nnU-Net framework and the other internally developed-were trained, validated, and tested. A third cutting-edge Deep Bayesian network model (HyperMapp3r) was implemented without any de-novo tuning to serve as a comparison architecture. The 2.5D in-house developed and 3D nnU-Net models were trained and validated in-house across five national collection sites among 441 participants from the DDI study, of whom 194 were men and whose average age was (64.91 +/- 9.32) years. Both an external dataset with 29 cases from a global collaborator and a held-out subset of the internal data from the 441 participants were used to test all three models. These test sets were evaluated independently. The ground truth human-in-the-loop segmentation was compared against five established WMH performance metrics. The 3D nnU-Net had the highest performance out of the three tested networks, outperforming both the internally developed 2.5D model and the SOTA Deep Bayesian network with an average dice similarity coefficient score of 0.76 +/- 0.16. Our findings demonstrate that WMH segmentation models can achieve high performance when trained exclusively on FLAIR input volumes that are 3D volumetric acquisitions. Single image input models are desirable for ease of deployment, as reflected in the current embedded clinical research project. The 3D nnU-Net had the highest performance, which suggests a way forward for our need to automate WMH segmentation while also evaluating performance metrics during on-going data collection and model retraining.
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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 | 0,005 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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 ».