Image-and-Label Conditioning Latent Diffusion Model: Synthesizing A$\beta$-PET From MRI for Detecting Amyloid Status

人工智能 条件作用 计算机科学 医学影像学 图像(数学) 淀粉样蛋白(真菌学) 模式识别(心理学) 计算机视觉 病理 医学 数学 统计
作者
Zaixin Ou,Yongsheng Pan,Fang Xie,Qihao Guo,Dinggang Shen
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (2): 1221-1231 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3492020
摘要

Deposition of $\beta$-amyloid (A$\beta$), which is generally observed by A$\beta$-PET, is an important biomarker to evaluate subjects with early-onset dementia. However, acquisition of A$\beta$-PET usually suffers from high expense and radiation hazards, making A$\beta$-PET not commonly used as MRI. As A$\beta$-PET scans are only used to determine whether A$\beta$ deposition is positive or not, it is highly valuable to capture the underlying relationship between A$\beta$ deposition and other neuroimages (i.e., MRI) and detect amyloid status based on other neuroimages to reduce necessity of acquiring A$\beta$-PET. To this end, we propose an image-and-label conditioning latent diffusion model (IL-CLDM) to synthesize A$\beta$-PET scans from MRI scans by enhancing critical shared information to finally achieve MRI-based A$\beta$ classification. Specifically, two conditioning modules are introduced to enable IL-CLDM to implicitly learn joint image synthesis and diagnosis: 1) an image conditioning module, to extract meaningful features from source MRI scans to provide structural information, and 2) a label conditioning module, to guide the alignment of generated scans to the diagnosed label. Experiments on a clinical dataset of 510 subjects demonstrate that our proposed IL-CLDM achieves image quality superior to five widely used models, and our synthesized A$\beta$-PET scans (by IL-CLDM) can significantly help classification of A$\beta$ as positive or negative.
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