論文の概要: Structural MRI Synthesis for Alzheimer's Disease via Conditional Diffusion on Anatomical Masks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.18354v1
• Date: Tue, 16 Jun 2026 18:01:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-18 17:16:50.833306
• Title: Structural MRI Synthesis for Alzheimer's Disease via Conditional Diffusion on Anatomical Masks
• Title（参考訳）: 解剖学的マスク上の条件拡散によるアルツハイマー病のMRI像の合成
• Authors: Muge Zhang, Muhammad Ali Khaliq, Jamal Alsakran, Byeong Kil Lee, Jeeho Ryoo,
• Abstract要約: アルツハイマー病(AD)の高次構造MRIデータは, 微妙な, 地域固有の, 進歩的な解剖学的変化のため, いまだに困難である。 我々は,MDD-DDPM条件拡散モデルを拡張し,ADに合わせて3次元構造MRIを生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advances in generative machine learning models have significantly improved medical imaging, offering promising solutions for data augmentation, privacy preservation, and improved model generalization. However, synthesizing high-quality structural MRI data for Alzheimer's Disease (AD) remains challenging due to the subtle, region-specific, and progressive anatomical changes associated with neurodegeneration. In this paper, we extend the Med-DDPM conditional diffusion model -- originally designed for brain tumor synthesis -- to generate 3D structural MRIs specifically tailored to AD. We adopted Med-DDPM due to its established stability and structural fidelity compared to other generative models, which makes it particularly suitable for capturing the subtle anatomical changes characteristic of AD. Our approach conditions the diffusion process on anatomical segmentation masks derived from the ADNI dataset, incorporating key AD-relevant brain structures into the generation process. We systematically evaluate the quality and utility of the synthetic images by training segmentation models on real, synthetic, and hybrid (mixed) datasets. Experimental results demonstrate that segmentation models trained exclusively on synthetic data achieve comparable Dice scores (0.6532) to those trained on real data (0.6513), while exhibiting significantly enhanced recall. Notably, models trained on hybrid datasets (mixing real and synthetic images) outperform both real and synthetic-only baselines, achieving a Dice score of 0.7244. These findings underscore the successful use of conditional diffusion models for generating anatomically accurate, AD-specific synthetic MRIs, and highlight their potential for enhancing training data availability, improving diagnostic accuracy, and promoting research reproducibility in neuroimaging studies.
• Abstract（参考訳）: 生成機械学習モデルの最近の進歩は、医療画像を大幅に改善し、データ拡張、プライバシー保護、モデル一般化の改善のための有望なソリューションを提供している。 しかし、アルツハイマー病(AD)の高次構造MRIデータの合成は、神経変性に伴う微妙な、地域固有の、進歩的な解剖学的変化のため、依然として困難である。 本稿では,脳腫瘍合成のためのMed-DDPM条件拡散モデルを拡張し,ADに特化して3次元構造MRIを生成する。 我々は,Med-DDPMの安定性と構造的忠実さを他の生成モデルと比較し,ADの微妙な解剖学的変化を捉えるのに特に適している。 提案手法は,ADNIデータセットから得られた解剖学的セグメンテーションマスクの拡散過程を解析し,主要なAD関連脳構造を生成過程に組み込んだものである。 実・合成・ハイブリッド(混合)データセット上でのセグメンテーションモデルを訓練することにより,合成画像の品質と有用性を体系的に評価する。 実験の結果、合成データのみに訓練されたセグメンテーションモデルは、実データ(0.6513)に比較してDiceスコア(0.6532)を達成し、リコールは大幅に強化された。 特に、ハイブリッドデータセット(実画像と合成画像の混合)で訓練されたモデルは、実画像と合成画像の両方のベースラインを上回り、Diceスコアは0.7244に達する。 これらの結果は、解剖学的に正確なAD特異的な合成MRIを生成するための条件拡散モデルの使用が成功し、トレーニングデータの可用性の向上、診断精度の向上、神経画像研究における研究再現性の向上の可能性を強調している。

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