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Revisión de HYDI-DSI: imágenes EAP no paramétricas restringidas sin recuadrícula de espacio q

Medical Image Analysis
Antonio Tristán Vega, Tomasz Pieciak, Guillem París, Justino R Rodríguez Galván, Santiago Aja Fernández (UVa)

Hybrid Diffusion Imaging (HYDI) fue uno de los primeros intentos de utilizar muestras de múltiples capas del espacio q para inferir propiedades de difusión más allá de Diffusion Tensor Imaging (DTI) o High Angular Resolution Diffusion Imaging (HARDI). HYDI fue pensado como un protocolo flexible que incorpora el procesamiento DTI (para valores más bajos) y HARDI (para valores más altos), así como imágenes de espectro de difusión (DSI) cuando se explota todo el conjunto de datos. En el último caso, el muestreo esférico del espacio q se vuelve a cuadricular por interpolación a una red cartesiana cuya extensión cubre el rango de valores b adquiridos, por lo que depende de la adquisición. La transformada discreta de Fourier (DFT) se usa luego para calcular el muestreo cartesiano correspondiente del propagador promedio de conjunto (EAP) de una manera completamente no paramétrica. A partir de esta red, se pueden estimar numéricamente marcadores de difusión como la probabilidad de retorno al origen (RTOP) o el desplazamiento cuadrático medio (MSD). Nuestro objetivo es reformular este esquema por medio de una matriz de codificación de transformada de Fourier que elimina la necesidad de volver a cuadricular el espacio q al mismo tiempo que preserva la naturaleza no paramétrica de HYDI-DSI. La matriz de codificación se diseña de manera adaptativa en cada vóxel de acuerdo con la aproximación DTI subyacente, de modo que se pueda buscar un muestreo óptimo del EAP sin estar condicionado por el protocolo de adquisición particular. La estimación de la EAP se lleva a cabo posteriormente como un problema de Programación Cuadrática (QP) regularizado, lo que permite imponer restricciones de positividad que no pueden integrarse trivialmente dentro del HYDI-DSI convencional. Demostramos que la definición de la matriz de codificación en el espacio adaptativo permite calcular analíticamente (en lugar de numéricamente) varios descriptores populares de difusión con la única fuente de error que es el recorte de armónicos de alta frecuencia en el análisis de Fourier de la señal de atenuación. Incluyen no solo RTOP y MSD, sino también probabilidades de retorno al eje/plano (RTAP/RTPP), que se definen en términos de direcciones espaciales específicas y no están disponibles con el HYDI-DSI anterior. Reportamos extensos experimentos que sugieren los beneficios de nuestra propuesta en términos de precisión, robustez y eficiencia computacional, especialmente cuando solo están disponibles muestreos de espacio q estándar y no dedicados.