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Enregistrement W4386531233 · doi:10.1007/s00259-023-06418-7

Differential privacy preserved federated transfer learning for multi-institutional 68Ga-PET image artefact detection and disentanglement

2023· article· en· W4386531233 sur OpenAlexafffund
Isaac Shiri, Yazdan Salimi, Mehdi Maghsudi, Elnaz Jenabi, Sara Harsini, Behrooz Razeghi, Shayan Mostafaei, Ghasem Hajianfar, Amirhossein Sanaat, Esmail Jafari, Rezvan Samimi, Maziar Khateri, Peyman Sheikhzadeh, Parham Geramifar, Habibollah Dadgar, Ahmad Bitrafan Rajabi, Majid Assadi, François Bénard, Alireza Vafaei Sadr, Slava Voloshynovskiy, Ismini Mainta, Carlos Uribe, Arman Rahmim, Habib Zaidi

Notice bibliographique

RevueEuropean Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueMedical Imaging Techniques and Applications
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversité de GenèveHôpitaux Universitaires de GenèveSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésDifferential privacyComputer scienceTransfer of learningDifferential (mechanical device)Image (mathematics)Artificial intelligenceData miningPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Purpose Image artefacts continue to pose challenges in clinical molecular imaging, resulting in misdiagnoses, additional radiation doses to patients and financial costs. Mismatch and halo artefacts occur frequently in gallium-68 ( 68 Ga)-labelled compounds whole-body PET/CT imaging. Correcting for these artefacts is not straightforward and requires algorithmic developments, given that conventional techniques have failed to address them adequately. In the current study, we employed differential privacy-preserving federated transfer learning (FTL) to manage clinical data sharing and tackle privacy issues for building centre-specific models that detect and correct artefacts present in PET images. Methods Altogether, 1413 patients with 68 Ga prostate-specific membrane antigen (PSMA)/DOTA-TATE (TOC) PET/CT scans from 3 countries, including 8 different centres, were enrolled in this study. CT-based attenuation and scatter correction (CT-ASC) was used in all centres for quantitative PET reconstruction. Prior to model training, an experienced nuclear medicine physician reviewed all images to ensure the use of high-quality, artefact-free PET images (421 patients’ images). A deep neural network (modified U2Net) was trained on 80% of the artefact-free PET images to utilize centre-based (CeBa), centralized (CeZe) and the proposed differential privacy FTL frameworks. Quantitative analysis was performed in 20% of the clean data (with no artefacts) in each centre. A panel of two nuclear medicine physicians conducted qualitative assessment of image quality, diagnostic confidence and image artefacts in 128 patients with artefacts (256 images for CT-ASC and FTL-ASC). Results The three approaches investigated in this study for 68 Ga-PET imaging (CeBa, CeZe and FTL) resulted in a mean absolute error (MAE) of 0.42 ± 0.21 ( CI 95%: 0.38 to 0.47), 0.32 ± 0.23 ( CI 95%: 0.27 to 0.37) and 0.28 ± 0.15 ( CI 95%: 0.25 to 0.31), respectively. Statistical analysis using the Wilcoxon test revealed significant differences between the three approaches, with FTL outperforming CeBa and CeZe ( p -value < 0.05) in the clean test set. The qualitative assessment demonstrated that FTL-ASC significantly improved image quality and diagnostic confidence and decreased image artefacts, compared to CT-ASC in 68 Ga-PET imaging. In addition, mismatch and halo artefacts were successfully detected and disentangled in the chest, abdomen and pelvic regions in 68 Ga-PET imaging. Conclusion The proposed approach benefits from using large datasets from multiple centres while preserving patient privacy. Qualitative assessment by nuclear medicine physicians showed that the proposed model correctly addressed two main challenging artefacts in 68 Ga-PET imaging. This technique could be integrated in the clinic for 68 Ga-PET imaging artefact detection and disentanglement using multicentric heterogeneous datasets.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,009
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,009
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0020,003
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,037
Tête enseignante GPT0,311
Écart entre enseignants0,274 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations27
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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