Enhancing voxel‐level morphometry through Deep Learning‐based MRI Super‐Resolution for detecting Alzheimer's Disease related atrophy
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Alzheimer's Disease (AD) is characterized by the accumulation of Amyloid-beta plaques and hyperphosphorylated-tau neuro-fibrillary tangles (NFT). In early stages of the disease, grey matter loss and proteinopathy is localized to the entorhinal cortices, nucleus basalis of Meynert, and hippocampus (Shafiee et. al. 2024). Additionally, atrophy in these regions has been shown to mediate cognitive decline (Xia et. al. 2024). Deformation Based Morphometry (DBM) is a widely-used technique for modelling voxel-wise volume changes with respect to a common template using Magnetic Resonance Imaging (MRI) data. However, DBM is constrained by MRI voxel resolution, making the study of smaller structures more challenging as commonly used MRI images are acquired at ∼1 mm3 voxel size. METHOD: We used baseline T1-weighted MRI images from an ADNI subsample of age-, sex-, and diagnosis balanced individuals (N = 497). We produced high-resolution images by upsampling and denoising the 497 images and the 1 mm3 template using an in-house deep learning method based on autoencoders. For both resolutions, voxel-wise DBM maps were obtained following preprocessing, linear and non-linear registration to an ADNI-specific template (Figure 1). Similarly, voxel-wise linear regressions were performed at both resolutions. We then computed voxel-wise linear regression models to assess the relationship between ADASCog13 scores and DBM maps, including age and sex as covariates. The results were corrected for multiple comparisons using the false discovery rate (FDR) method. RESULT: While the significant regions were consistent between the two models, the high-resolution models yielded more significant voxels (19.23% compared to 18.52%) after FDR correction. In addition, in the high-resolution models, the atrophy patterns were better defined and more localized to the grey matter in temporal cortex, entorhinal cortices, and hippocampus regions, suggesting a reduction in partial volume effects, particularly in the grey-to-white matter interface. For example, the hippocampus head showed significant atrophy in the dentate gyrus and CA4 subfields with the 0.5 mm3 approach that was not visible at 1.0 mm3 resolution (Figure 2, coronal view). CONCLUSION: The proposed super resolution method can enhance our ability to detect subtle atrophy patterns that are most relevant at early stages of the disease.
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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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| 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 ».