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Fiberprint: A subject fingerprint based on sparse code pooling for white matter fiber analysis

Authors :
Kaleem Siddiqi
Matthew Toews
Christian Desrosiers
Kuldeep Kumar
Olivier Colliot
Algorithms, models and methods for images and signals of the human brain (ARAMIS)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière = Brain and Spine Institute (ICM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière = Brain and Spine Institute (ICM)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecole de Technologie Supérieure [Montréal] (ETS)
Centre for Intelligent Machines (CIM)
McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)
Colliot, Olivier
Service de Neuroradiologie [CHU Pitié-Salpêtrière]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Inria de Paris
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service de neuroradiologie diagnostique et fonctionnelle [CHU Pitié-Salpêtrière]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)
Source :
NeuroImage, NeuroImage, 2017, 158, pp.242-259. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.06.083⟩, NeuroImage, Elsevier, 2017, 158, pp.242-259. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.06.083⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; White matter characterization studies use the information provided by diffusion magnetic resonance imaging (dMRI) to draw cross-population inferences. However, the structure, function, and white matter geometry vary across individuals. Here, we propose a subject fingerprint, called Fiberprint, to quantify the individual uniqueness in white matter geometry using fiber trajectories. We learn a sparse coding representation for fiber trajectories by mapping them to a common space defined by a dictionary. A subject fingerprint is then generated by applying a pooling function for each bundle, thus providing a vector of bundle-wise features describing a particular subject's white matter geometry. These features encode unique properties of fiber trajectories, such as their density along prominent bundles. An analysis of data from 861 Human Connectome Project subjects reveals that a fingerprint based on approximately 3000 fiber trajectories can uniquely identify exemplars from the same individual. We also use fingerprints for twin/sibling identification, our observations consistent with the twin data studies of white matter integrity. Our results demonstrate that the proposed Fiberprint can effectively capture the variability in white matter fiber geometry across individuals, using a compact feature vector (dimension of 50), making this framework particularly attractive for handling large datasets.

Details

Language :
English
ISSN :
10538119 and 10959572
Database :
OpenAIRE
Journal :
NeuroImage, NeuroImage, 2017, 158, pp.242-259. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.06.083⟩, NeuroImage, Elsevier, 2017, 158, pp.242-259. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.06.083⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....48aaad8dec97cb94eaeb1339664f6459
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.06.083⟩