Electromagnetic source imaging (ESI) is a highly ill-posed inverse problem. To find a unique solution, traditional ESI methods impose a variety of priors that may not reflect the actual source properties. Such limitations of traditional ESI methods hinder their further applications. Inspired by deep learning approaches, a novel data-synthesized spatio-temporal denoising autoencoder method (DST-DAE) method was proposed to solve the ESI inverse problem. Unlike the traditional methods, we utilize a neural network to directly seek generalized mapping from the measured E/MEG signals to the cortical sources. A novel data synthesis strategy is employed by introducing the prior information of sources to the generated large-scale samples using the forward model of ESI. All the generated data are used to drive the neural network to automatically learn inverse mapping. To achieve better estimation performance, a denoising autoencoder (DAE) architecture with spatio-temporal feature extraction blocks is designed. Compared with the traditional methods, we show (1) that the novel deep learning approach provides an effective and easy-to-apply way to solve the ESI problem, that (2) compared to traditional methods, DST-DAE with the data synthesis strategy can better consider the characteristics of real sources than the mathematical formulation of prior assumptions, and that (3) the specifically designed architecture of DAE can not only provide a better estimation of source signals but also be robust to noise pollution. Extensive numerical experiments show that the proposed method is superior to the traditional knowledge-driven ESI methods.


翻译:电磁源成像(ESI)是一个非常不正确的反向问题。 为了找到一个独特的解决方案,传统的 ESI 方法会强加各种可能不会反映实际源特性的前科, 传统的 ESI 方法的这种局限性会妨碍其进一步应用。 在深层次学习方法的启发下, 提出了一种新的数据合成超音波-时空脱色自动电算法( DST- DAE ) 方法来解决 ESI 反向问题。 与传统方法不同, 我们使用一个神经网络直接从测量的 E/ MEG 信号到皮层污染源的通用绘图。 采用新的数据精确化方法, 采用新的源信息, 利用 ESI 的远方模型对生成的大型样本引入先前的样本。 所有生成的数据都用来驱动神经网络自动地进行反向映射图学。 为了实现更好的估计性能, 我们设计了一种离线式自动解析器结构, 与传统方法相比, 我们显示(1) 新的深层学习方法不是为E- ST- A 先前的数学模型提供更有效和简单化方法。

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