Deep Learning and fMRI-Based Pipeline for Optimization of Deep Brain Stimulation During Parkinson’s Disease Treatment: Toward Rapid Semi-Automated Stimulation Optimization
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: Optimized deep brain stimulation (DBS) is fast becoming a therapy of choice for the treatment of Parkinson's disease (PD). However, the post-operative optimization (aimed at maximizing patient clinical benefits and minimizing adverse effects) of all possible DBS parameter settings using the standard-of-care clinical protocol requires numerous clinical visits, which substantially increases the time to optimization per patient (TPP), patient cost burden and limit the number of patients who can undergo DBS treatment. The TPP is further elongated in electrodes with stimulation directionality or in diseases with latency in clinical feedback. In this work, we proposed a deep learning and fMRI-based pipeline for DBS optimization that can potentially reduce the TPP from ~1 year to a few hours during a single clinical visit. METHODS AND PROCEDURES: We developed an unsupervised autoencoder (AE)-based model to extract meaningful features from 122 previously acquired blood oxygenated level dependent (BOLD) fMRI datasets from 39 a priori clinically optimized PD patients undergoing DBS therapy. The extracted features are then fed into multilayer perceptron (MLP)-based parameter classification and prediction models for rapid DBS parameter optimization. RESULTS: The AE-extracted features of optimal and non-optimal DBS were disentangled. The AE-MLP classification model yielded accuracy, precision, recall, F1 score, and combined AUC of 0.96 ± 0.04, 0.95 ± 0.07, 0.92 ± 0.07, 0.93 ± 0.06, and 0.98 respectively. Accuracies of 0.79 ± 0.04, 0.85 ± 0.04, 0.82 ± 0.05, 0.83 ± 0.05, and 0.70 ± 0.07 were obtained in the prediction of voltage, frequency, and x-y-z contact locations, respectively. CONCLUSION: The proposed AE-MLP models yielded promising results for fMRI-based DBS parameter classification and prediction, potentially facilitating rapid semi-automated DBS parameter optimization. Clinical and Translational Impact Statement-A deep learning-based pipeline for semi-automated DBS parameter optimization is presented, with the potential to significantly decrease the optimization duration per patient and patients' financial burden while increasing patient throughput.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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 | 0,000 | 0,000 |
| 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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, 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 ».