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Enregistrement W4401748071 · doi:10.1109/jtehm.2024.3448392

Deep Learning and fMRI-Based Pipeline for Optimization of Deep Brain Stimulation During Parkinson’s Disease Treatment: Toward Rapid Semi-Automated Stimulation Optimization

2024· article· en· W4401748071 sur OpenAlexaff
Jianwei Qiu, Afis Ajala, John Karigiannis, Jürgen Germann, Brendan Santyr, Aaron Loh, Luca Marinelli, Thomas Foo, Radhika Madhavan, Desmond Yeo, Alexandre Boutet, Andrés M. Lozano

Notice bibliographique

RevueIEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueNeurological disorders and treatments
Établissements canadiensUniversity of TorontoUniversity Health Network
Organismes subventionnairesNational Institute of Neurological Disorders and StrokeNational Institutes of HealthNational Stroke FoundationMichael J. Fox Foundation for Parkinson's Research
Mots-clésDeep brain stimulationPipeline (software)StimulationParkinson's diseaseNeuroscienceBrain stimulationArtificial intelligenceComputer scienceMedicineDiseasePsychologyPathology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,841
Score d'incertitude au seuil0,480

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,019
Tête enseignante GPT0,300
Écart entre enseignants0,281 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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