Multidimensional MRI-based Big Data Analytics to Study Osteoarthritis

基于多维 MRI 的大数据分析研究骨关节炎

基本信息

项目摘要

ABSTRACT This project outlines technical medical image processing and machine learning developments to study the pathogenesis and natural history of osteoarthritis (OA). In the past few years, the availability of public datasets that collect data such as plain radiographs, MRI genomics and patients reported outcomes has allowed the study of disease etiology, potential treatment pathways and predictors of long-range outcomes, showing an increasingly important role of the MRI. Moreover, recent advances in quantitative MRI and medical image processing allow for the extraction of extraordinarily rich arrays of heterogeneous information on the musculoskeletal system, including cartilage and bone morphology, bone shape features, biomechanics, and cartilage biochemical composition. Osteoarthritis, being a polygenic and multifactorial disease characterized by several phenotypes, seems the perfect candidate for multidimensional analysis and precision medicine. However, accomplish this ambitious task, will require complex analytics and multifactorial data-integration from diverse assessments spanning morphological, biochemical, and biomechanical features. In this project, we propose to fill this gap developing automatic post-processing algorithms to examine cartilage biochemical compositional and morphological features and to apply new multidimensional machine learning to study OA This “Pathway to Independence” award application includes a mentored career development plan to transition the candidate, Dr. Valentina Pedoia, into an independent investigator position, as well as an accompanying research plan describing the proposed technical developments for the application of big data analytics to the study of OA. The primary mentor, Dr. Sharmila Majumdar, is a leading expert in the field of quantitative MRI for the study of OA, and the co-mentors, Dr. Adam Ferguson and Dr. Ramakrishna Akella, have extensive experience in the application of machine learning and topological data analysis to big data. The diversified plan of training and the complementary background of these mentors will allow the candidate to develop a unique interdisciplinary profile in the field of musculoskeletal imaging. The candidate, Dr. Valentina Pedoia, is currently in a post-doctoral level position (Associated Specialist) at the University of California at San Francisco (UCSF), developing MR image post-processing algorithms. The mentoring and career development plan will supplement her image processing background with valuable exposure to machine learning, big data analysis, epidemiological study design, and interdisciplinary collaboration to facilitate her transition to a medical imaging and data scientist independent investigator position. Ultimately, she aims to become a faculty member in a radiology or bioengineering institute, where she can further research technical biomedical imaging and machine learning developments applied to the musculoskeletal system.
抽象的 该项目概述了技术医学图像处理和机器学习发展,以研究 骨关节炎(OA)的发病机理和自然史。在过去的几年中,公共数据集的可用性 收集诸如普通X光片,MRI基因组学和患者报告结果之类的数据已允许 疾病病因的研究,潜在的治疗途径和远程结果的预测指标,显示 此外,定量MRI和医学图像的最新进展 处理允许提取有关该阵列的非均质信息 肌肉骨骼系统,包括软骨和骨形态,骨骼形状特征,生物力学和 软骨生化成分。 骨关节炎是一种多基因和多因素疾病,其特征是多种表型, 似乎是多维分析和精确医学的理想选择。但是,要这样做 雄心勃勃的任务将需要从潜水员评估的复杂分析和多因素数据融合 跨越形态学,生化和生物力学特征。在这个项目中,我们建议填补这个空白 开发自动后处理算法,以检查软骨生化成分和 形态学特征并应用新的多维机器学习来研究OA 这种“通往独立途径”奖项申请包括一项指导的职业发展计划 将候选人瓦伦蒂娜·佩多亚(Valentina Pedoia)博士转变为独立的研究员职位, 采取研究计划,描述了用于应用大数据的技术发展 OA研究的分析。主要导师Sharmila Majumdar博士是该领域的领先专家 OA研究的定量MRI以及Co-Ins-Enctors,Adam Ferguson博士和Ramakrishna Akella博士, 在将机器学习和拓扑数据分析应用于大数据方面具有丰富的经验。 多元化的培训计划和这些导师的完整背景将使候选人能够 在肌肉骨骼成像领域发展独特的跨学科轮廓。 候选人Valentina Pedoia博士目前处于博士后职位(相关) 加利福尼亚大学旧金山大学(UCSF)的专家),开发先生的图像后加工 算法。心理和职业发展计划将补充她的图像处理背景 有价值的机器学习,大数据分析,流行病学研究设计和 跨学科的合作,以促进她向医学成像和数据科学家独立的过渡 研究者职位。最终,她的目标是成为放射学或生物工程的教师 研究所,她可以进一步研究技术生物医学成像和机器学习发展 应用于肌肉骨骼系统。

项目成果

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