Robust fiber orientation distribution function estimation using deep constrained spherical deconvolution for diffusion-weighted magnetic resonance imaging
Pourquoi ce travail est dans la base
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Notice bibliographique
Résumé
Purpose: Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) is a critical imaging method for capturing and modeling tissue microarchitecture at a millimeter scale. A common practice to model the measured DW-MRI signal is via fiber orientation distribution function (fODF). This function is the essential first step for the downstream tractography and connectivity analyses. With recent advantages in data sharing, large-scale multisite DW-MRI datasets are being made available for multisite studies. However, measurement variabilities (e.g., inter- and intrasite variability, hardware performance, and sequence design) are inevitable during the acquisition of DW-MRI. Most existing model-based methods [e.g., constrained spherical deconvolution (CSD)] and learning-based methods (e.g., deep learning) do not explicitly consider such variabilities in fODF modeling, which consequently leads to inferior performance on multisite and/or longitudinal diffusion studies. Approach: In this paper, we propose a data-driven deep CSD method to explicitly constrain the scan-rescan variabilities for a more reproducible and robust estimation of brain microstructure from repeated DW-MRI scans. Specifically, the proposed method introduces a three-dimensional volumetric scanner-invariant regularization scheme during the fODF estimation. We study the Human Connectome Project (HCP) young adults test-retest group as well as the MASiVar dataset (with inter- and intrasite scan/rescan data). The Baltimore Longitudinal Study of Aging dataset is employed for external validation. Results: From the experimental results, the proposed data-driven framework outperforms the existing benchmarks in repeated fODF estimation. By introducing the contrastive loss with scan/rescan data, the proposed method achieved a higher consistency while maintaining higher angular correlation coefficients with the CSD modeling. The proposed method is assessing the downstream connectivity analysis and shows increased performance in distinguishing subjects with different biomarkers. Conclusion: We propose a deep CSD method to explicitly reduce the scan-rescan variabilities, so as to model a more reproducible and robust brain microstructure from repeated DW-MRI scans. The plug-and-play design of the proposed approach is potentially applicable to a wider range of data harmonization problems in neuroimaging.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,000 | 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 découle