Основні поняття
Ein neuartiges KI-Modell, das auf simultanen funktionalen PET/MRT-Daten trainiert wird, ermöglicht eine präzise und klinisch umsetzbare Diagnose von Alzheimer-Krankheit durch die Modellierung von Hirnstoffwechsel, Hämodynamik und Perfusion.
Анотація
Diese Studie präsentiert einen innovativen Forschungsrahmen, der simultane funktionale PET/MRT, die Konstruktion und das Lernen von multimodalen Hirnkonnektomen sowie eine klinisch umsetzbare multimodale Fusion und Diagnose umfasst.
Das Kernziel ist die Entwicklung eines KI-Modells, das sowohl die Genauigkeit einer multimodalen Analyse als auch die Flexibilität einer unimodalen Inferenz bietet. Dazu werden folgende Komponenten entwickelt:
- Ein fingerprint-basierter Mixture-of-Experts (f-MoE) Adapter, der eine adaptive Repräsentationslernung über verschiedene Modalitäten ermöglicht.
- Ein Multimodales Ausrichtungs-Modul (MMA), das die Hauptmodalität (PET) mit den Hilfsmodalitäten (BOLD, ASL) ausrichtet, um feinkörnige Repräsentationen für die Diagnose zu erhalten.
- Ein Multimodales Rekonstruktions-Modul (MMR), das die Qualität der gelernten Repräsentationen fördert.
Die Leistungsfähigkeit des Modells wird anhand eines wertvollen, sorgfältig kuratierten Datensatzes mit simultanen funktionalen PET/MRT-Daten von Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (Frühstadium von Alzheimer) und gesunden Kontrollpersonen demonstriert. Das Modell erzielt eine AUC von 0,827, was die derzeitigen Spitzenleistungen in der MCI-Erkennung übertrifft. Dies zeigt, dass die gleichzeitige Modellierung von Hirnstoffwechsel, Hämodynamik und Perfusion zu einer genaueren Früherkennung von Alzheimer beiträgt.
Статистика
Die simultanen funktionalen PET/MRT-Daten wurden von 48 Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) und 62 gesunden Kontrollpersonen erfasst.
Der PET-Tracer, der verwendet wurde, ist 18F-Fluordesoxyglukose (18F-FDG).
Die Hirnmetabolismus- und Perfusionskonnektome wurden durch Messung der Kullback-Leibler-Divergenz zwischen regionsspezifischen Verteilungen des relativen standardisierten Aufnahmewerts und des zerebralen Blutflusses konstruiert.
Das Hämodynamik-Konnektom wurde unter Verwendung von Pearsons Korrelation zwischen BOLD-Signalen erstellt.
Цитати
"Simultane funktionale PET/MRT (sf-PET/MRT) stellt eine bahnbrechende multimodale Neuroimaging-Technik dar. Sie bietet eine beispiellose Gelegenheit, multifazettierte Hirnnetwerke, die durch räumlich-zeitlich kovariierte metabolische Aktivität, neuronale Aktivität und zerebralen Blutfluss (Perfusion) aufgebaut werden, gleichzeitig zu überwachen und zu integrieren."
"Unser Ziel ist es, ein klinisch umsetzbares KI-Modell für die multimodale sf-PET/MRT-Integration und die unimodale Diagnose in gängigen klinischen Umgebungen zu entwickeln."