Material characterization of human middle ear using machine-learning-based surrogate models
Notice bibliographique
Résumé
This study aims to introduce a novel non-invasive method for rapid material characterization of middle-ear structures, taking into consideration the invaluable insights provided by the mechanical properties of ear tissues. Valuable insights into various ear pathologies can be gleaned from the mechanical properties of ear tissues, yet conventional techniques for assessing these properties often entail invasive procedures that preclude their use on living patients. In this study, in the first step, we developed machine-learning models of the middle ear to predict its responses with a significantly lower computational cost in comparison to finite-element models. Leveraging findings from prior research, we focused on the most influential model parameters: the Young's modulus and thickness of the tympanic membrane and the Young's modulus of the stapedial annular ligament. The eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) method was implemented for creating the machine-learning models. Subsequently, we combined the created machine-learning models with Bayesian optimization (BoTorch) for fast and efficient estimation of the Young's moduli of the tympanic membrane and the stapedial annular ligament. We demonstrate that the resultant surrogate models can fairly represent the vibrational responses of the umbo, stapes footplate, and vibration patterns of the tympanic membrane at most frequencies. Also, our proposed material characterization approach successfully estimated the Young's moduli of the tympanic membrane and stapedial annular ligament (separately and simultaneously) with values of mean absolute percentage error of less than 7%. The remarkable accuracy achieved through the proposed material characterization method underscores its potential for eventual clinical applications of estimating mechanical properties of the middle-ear structures for diagnostic purposes.
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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 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».