Thalamic nuclei segmentation from T1-weighted MRI: Unifying and benchmarking state-of-the-art methods
Notice bibliographique
Résumé
The thalamus and its constituent nuclei are critical for a broad range of cognitive, linguistic, and sensorimotor processes, and are implicated in many neurological and neurodegenerative conditions. However, the functional involvement and specificity of thalamic nuclei in human neuroimaging work is underappreciated and not well studied due, in part, to technical challenges of accurately identifying and segmenting nuclei. This challenge is further exacerbated by a lack of common nomenclature for comparing segmentation methods. Here, we use data from healthy young (Human Connectome Project, n = 100) and older healthy adults, plus those with mild cognitive impairment and Alzheimer's disease (Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, n = 540), to benchmark four state-of-the-art thalamic segmentation methods for T1 MRI (FreeSurfer, histogram-based polynomial synthesis [HIPS]-THOMAS, synthesized contrast segmentation [SCS]-convolutional neural network [CNN], and T1-THOMAS) under a single segmentation framework. Segmentations were compared using overlap and dissimilarity metrics to the Morel stereotaxic atlas, a widely accepted thalamic atlas. We also quantified each method's estimation of thalamic nuclear degeneration across Alzheimer's disease progression, and how accurately early and late mild cognitive impairment, and Alzheimer's disease could be distinguished from healthy controls. We show that the HIPS-THOMAS approach produced the most effective segmentations of individual thalamic nuclei relative to the Morel atlas, and was also most accurate in discriminating healthy controls from those with mild cognitive impairment and Alzheimer's disease using individual nucleus volumes. This latter result was different when using whole thalamus volumes, where the SCS-CNN approach was the most accurate in classifying healthy controls. This work is the first to systematically compare the efficacy of anatomical thalamic segmentation approaches under a unified nomenclature. We also provide recommendations of which segmentation method to use for studying the functional relevance of specific thalamic nuclei, based on their overlap and dissimilarity with the Morel atlas.
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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 | 0,008 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,003 |
| Bibliométrie | 0,008 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,005 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,002 |
| 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 ».