P10.12.B DEEP LEARNING-BASED NORMALIZATION AND UNMIXING OF HYPERSPECTRAL IMAGES FOR BRAIN TUMOR SURGERY
Notice bibliographique
Résumé
Abstract BACKGROUND Hyperspectral Imaging (HSI) for fluorescence-guided brain tumor resection enables better visualization of differences between tissues. This can maximize brain tumor resection, improving patient outcomes. However, much of the processing in HSI uses simplified models that are unable to capture the non-linear, wavelength-dependent phenomena that must be modeled for accurate recovery of fluorophore abundances. To overcome these challenges, measured spectra are normalized to account for artifacts and spectrally unmixed to isolate the protoporphyrin IX (PpIX) signal, which indicates malignant tissue. Existing methods are simplistic and based on phantoms and are unable to account for nonlinear effects such as multiple scattering or the inhomogeneous optical properties of the tissue. We propose a deep learning (DL)-based pipeline encompassing normalization and unmixing, which can fully account for the nonlinear effects and produce more accurate distributions of fluorophore abundances. MATERIAL AND METHODS This study proposes two deep learning models for correction and unmixing, which can capture these effects. Both models use autoencoder-like architectures. While one is trained with protoporphyrin IX (PpIX) concentration labels, the other is semi-supervised, learning hyperspectral unmixing self-supervised and then learning to correct the spectra for optical and geometric effects using a white-light reflectance spectrum in a few-shot manner. The models were evaluated on phantom and pig-brain data with known PpIX concentration. RESULTS The supervised and semi-supervised models achieved Pearson correlation coefficients (phantom, pig-brain) between known and computed PpIX concentrations of (0.997, 0.990) and (0.98, 0.91), respectively, whereas the classical approach achieved (0.93, 0.82). On human data, the semi-supervised model gives qualitatively more realistic results than the classical method, better reducing the variance in PpIX abundance over biopsies that should be relatively homogeneous. CONCLUSION These results show promise for using deep learning to improve HSI in fluorescence-guided neurosurgery.
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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 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 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 | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,008 | 0,003 |
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 ».