Correction of Partial Volume Effects in PET for Alzheimer's Disease Using Unsupervised Deep Learning

使用无监督深度学习校正阿尔茨海默病 PET 中的部分体积效应

基本信息

  • 批准号:
    9974892
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-05-15 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Correction of Partial Volume Effects in PET for Alzheimer's Disease Using Unsupervised Deep Learning Abstract Alzheimer's disease (AD), characterized by memory loss and cognitive impairments, affects approximately 5.8 million people in the United States. It is a burden for patients, families and the healthcare system. Post-mortem studies reveal that hyperphosphorylated Tau protein aggregates are closely related with AD. With the developments of selective Tau tracers, Tau distributions can now be characterized in vivo through Positron emission tomography (PET) imaging. According to the Braak staging, Tau deposits start from the transentorhinal region of the temporal lobe at preclinical AD, then spreading to other cortex regions at late stages. Regional Tau distribution pattern captured through PET Tau imaging can thus provide important staging information, which is vital for early disease diagnosis, progression tracking and treatment monitoring. However, accurate quantification of thin cortex uptake is difficult due to partial volume effects (PVEs) in PET imaging. Besides, for the second- generation Tau tracer, 18F-MK-6240, apart from higher uptakes observed in neocortical and medial temporal brain regions for AD patients, nonspecific uptakes are also observed in areas such as the meninges. Given the thin nature of the cortical ribbon and its close proximity to the meninges, quantitative accuracy and detection precision of 18F-MK-6240 distributions are significantly impacted, which in turn precludes finer localization of early tau accumulation associated with preclinical and prodromal AD. This grant application proposes a novel partial volume correction (PVC) method through unsupervised deep learning for Tau imaging. This new framework does not need high-quality training labels and the network is specifically trained for each subject, with the training objective function formulated based on the Poisson distribution assumption of the sinogram data. To further boost the performance, the transfer learning and the kernel learning are integrated into this PVC framework. The three specific aims of this exploratory proposal are (1) to develop a PET PVC framework based on unsupervised deep learning, (2) to validate the proposed PVC framework using phantom studies and (3) to apply the proposed PVC framework to 18F-MK-6240 imaging datasets. We expect that the integrated outcome of the specific aims will be an efficient, practical and robust PVC method that can better resolve the Tau distribution patterns for the early diagnosis of AD.
使用无监督深度校正 PET 治疗阿尔茨海默病的部分体积效应 学习 抽象的 阿尔茨海默病(AD)以记忆丧失和认知障碍为特征,影响 美国约有 580 万人。对患者、家属和社会来说都是一种负担 医疗保健系统。尸检研究表明,过度磷酸化的 Tau 蛋白聚集体 与AD密切相关。随着选择性 Tau 示踪剂的发展,Tau 分布现在可以 通过正电子发射断层扫描(PET)成像进行体内表征。根据布拉克 分期,Tau 沉积物从临床前 AD 时颞叶的内嗅区开始,然后 在后期扩散到其他皮层区域。通过捕获区域 Tau 分布模式 因此,PET Tau 成像可以提供重要的分期信息,这对于早期疾病至关重要 诊断、进展跟踪和治疗监测。然而,薄层的精确量化 由于 PET 成像中的部分体积效应 (PVE),皮层摄取很困难。此外,对于第二个—— Tau 代示踪剂 18F-MK-6240,除了在新皮质和内侧观察到更高的摄取量之外 在 AD 患者的颞脑区域,在以下区域也观察到非特异性摄取: 脑膜。鉴于皮质带的薄特性及其靠近脑膜, 18F-MK-6240分布的定量准确性和检测精度受到显着影响, 这反过来又妨碍了与临床前和临床前相关的早期 tau 积累的更精细定位。 前驱期AD。该拨款申请提出了一种新颖的部分体积校正(PVC)方法 Tau 成像的无监督深度学习。这个新框架不需要高质量的培训 标签和网络针对每个主题进行专门训练,训练目标函数 根据正弦图数据的泊松分布假设制定。为进一步推动 性能、迁移学习和内核学习都集成到这个 PVC 框架中。这 该探索性提案的三个具体目标是(1)开发基于 PET PVC 框架 无监督深度学习,(2) 使用模型研究验证所提出的 PVC 框架,以及 (3) 将所提出的 PVC 框架应用于 18F-MK-6240 成像数据集。我们期望 具体目标的综合成果将是一种高效、实用和稳健的 PVC 方法,可以 更好地解析Tau分布模式以用于AD的早期诊断。

项目成果

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