Optimisation of quantitative brain diffusion-relaxation MRI acquisition protocols with physics-informed machine learning
Notice bibliographique
Résumé
Diffusion-relaxation MRI aims to extract quantitative measures that characterise microstructural tissue properties such as orientation, size, and shape, but long acquisition times are typically required. This work proposes a physics-informed learning framework to extract an optimal subset of diffusion-relaxation MRI measurements for enabling shorter acquisition times, predict non-measured signals, and estimate quantitative parameters. In vivo and synthetic brain 5D-Diffusion-T1-T2∗-weighted MRI data obtained from five healthy subjects were used for training and validation, and from a sixth participant for testing. One fully data-driven and two physics-informed machine learning methods were implemented and compared to two manual selection procedures and Cramér-Rao lower bound optimisation. The physics-informed approaches could identify measurement-subsets that yielded more consistently accurate parameter estimates in simulations than other approaches, with similar signal prediction error. Five-fold shorter protocols yielded error distributions of estimated quantitative parameters with very small effect sizes compared to estimates from the full protocol. Selected subsets commonly included a denser sampling of the shortest and longest inversion time, lowest echo time, and high b-value. The proposed framework combining machine learning and MRI physics offers a promising approach to develop shorter imaging protocols without compromising the quality of parameter estimates and signal predictions.
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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 | 0,004 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 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 ».