Automated segmentation of white matter hyperintensities (WMHs) is an essential step in neuroimaging analysis of Magnetic Resonance Imaging (MRI). Fluid Attenuated Inversion Recovery (FLAIR-weighted) is an MRI contrast that is particularly useful to visualize and quantify WMHs, a hallmark of cerebral small vessel disease and Alzheimer's disease (AD). Clinical MRI protocols migrate to a three-dimensional (3D) FLAIR-weighted acquisition to enable high spatial resolution in all three voxel dimensions. The current study details the deployment of deep learning tools to enable automated WMH segmentation and characterization from 3D FLAIR-weighted images acquired as part of a national AD imaging initiative. Among 642 participants (283 male, mean age: (65.18 +/- 9.33) years) from the DDI study, two in-house networks were trained and validated across five national collection sites. Three models were tested on a held-out subset of the internal data from the 642 participants and an external dataset with 29 cases from an international collaborator. These test sets were evaluated independently. Five established WMH performance metrics were used for comparison against ground truth human-in-the-loop segmentation. Results of the three networks tested, the 3D nnU-Net had the best performance with an average dice similarity coefficient score of 0.78 +/- 0.10, performing better than both the in-house developed 2.5D model and the SOTA Deep Bayesian network. With the increasing use of 3D FLAIR-weighted images in MRI protocols, our results suggest that WMH segmentation models can be trained on 3D data and yield WMH segmentation performance that is comparable to or better than state-of-the-art without the need for including T1-weighted image series.


翻译:白物质高密度(WMHs)的自动分解是磁共振成像(MRI)神经成像分析中的一个重要步骤。流速减速反转恢复(FLAIR加权)是一个MRI对比,对于将3D FLAIR加权图像自动成型和量化WMH(脑小船病和阿尔茨海默氏病的标志)特别有用。临床MRI协议迁移为三维(3D)FLAIR加权获取,以便在所有三个 voxel层面实现高空间解析。当前研究详细介绍了部署深层学习工具,以便实现自动的 WMHD 平流分解和3D(FLAIR加权图像)的定性。在642名参与者中(283名男性,平均年龄:(65.18+/-9.33岁),在五个国家收集站点对两个内部网络进行了培训和验证。在642名参与者的预置内部数据组中测试了三个模型,外部数据集有29个案例,包括国际独立数据网络的SOD-M(SO-SO-SOD) 测试结果,用于了比SODSUD。

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