Diffusion MRI tractography is an advanced imaging technique for quantitative mapping of the brain's structural connectivity. Whole brain tractography (WBT) data contains over hundreds of thousands of individual fiber streamlines (estimated brain connections), and this data is usually parcellated to create compact representations for data analysis applications such as disease classification. In this paper, we propose a novel parcellation-free WBT analysis framework, TractoFormer, that leverages tractography information at the level of individual fiber streamlines and provides a natural mechanism for interpretation of results using the attention mechanism of transformers. TractoFormer includes two main contributions. First, we propose a novel and simple 2D image representation of WBT, TractoEmbedding, to encode 3D fiber spatial relationships and any feature of interest that can be computed from individual fibers (such as FA or MD). Second, we design a network based on vision transformers (ViTs) that includes: 1) data augmentation to overcome model overfitting on small datasets, 2) identification of discriminative fibers for interpretation of results, and 3) ensemble learning to leverage fiber information from different brain regions. In a synthetic data experiment, TractoFormer successfully identifies discriminative fibers with simulated group differences. In a disease classification experiment comparing several methods, TractoFormer achieves the highest accuracy in classifying schizophrenia vs control. Discriminative fibers are identified in left hemispheric frontal and parietal superficial white matter regions, which have previously been shown to be affected in schizophrenia patients.


翻译:在本文中,我们提议了一个全新的无包化的世贸图象分析框架,即TractoFormer,它利用个人纤维精简水平的地形学信息,为利用变压器的注意机制解释结果提供一个自然机制。TractoFormer 包括两个主要贡献。首先,我们建议对世贸图、TractoEmbedding 和 3D 纤维空间关系进行新颖和简单的2D 图像介绍,以建立用于分析疾病分类等数据分析应用的缩缩略图。在本文中,我们提议了一个无包化的世贸图分析框架,即TractoFormer,它利用个人纤维精简水平的层次学信息,为使用变压器来解释结果提供一个自然机制。TractoForimment Formormation包含两个主要贡献。首先,我们提出一个新颖和简单的2D图像,简单化的2D2D图像代表了世行、Tracrecialalal 和在不同的大脑区域中,一个通过模拟变压的变压性分析性数据,在前的实验室中,一个分析性变压性分析性分析性分析性变的系统显示了各种疾病分类。

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