朝向个性化数字孪生体用于认知衰退评估:一种多模态、不确定性感知框架[2604.27217] Toward Personalized Digital Twins for Cognitive Decline Assessment: A Multimodal, Uncertainty-Aware Framework

环球医讯 / 认知障碍来源:arxiv.org美国 - 英语2026-08-22 01:20:23 - 阅读时长2分钟 - 627字
该研究提出了个性化认知衰退评估数字孪生体(PCD-DT)框架,通过整合潜在状态空间模型、多模态数据融合和不确定性感知验证三大组件,从稀疏且不规则的纵向医疗数据中构建患者特异性疾病轨迹模型。初步研究利用TADPOLE数据集验证了框架可行性,在五年追踪期内清晰区分了认知正常组与阿尔茨海默病组,并在ADAS13评分和脑室体积预测中实现了0.4419和0.5842的标准RMSE,显著优于传统方法。这项工作为神经退行性疾病领域提供了首个融合多模态临床数据与不确定性量化的数字孪生解决方案,有望推动个性化医疗和临床决策支持系统的创新发展。
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朝向个性化数字孪生体用于认知衰退评估:一种多模态、不确定性感知框架

认知衰退在不同个体间表现出高度异质性,这给预后判断、临床试验设计和治疗规划带来了复杂挑战。本文提出了个性化认知衰退评估数字孪生体(PCD-DT),这是一种多模态、不确定性感知的框架,能够从稀疏、含噪声且不规则的纵向数据中建模患者特异性的疾病轨迹。

该框架结合了三个方法论组件:(1)用于个体化时间动态的潜在状态空间模型,(2)用于临床、生物标志物和影像特征的多模态融合,以及(3)用于稳健数字孪生体操作的不确定性感知验证和自适应更新。我们还阐述了条件生成模型如何支持数据增强和针对代表性不足的进展模式进行压力测试。

作为初步可行性研究,我们分析了纵向TADPOLE轨迹,显示在五年内认知正常组与阿尔茨海默病组在ADAS13评分、脑室体积和海马体积方面有明显区分。我们进一步使用LSTM序列模型对从TADPOLE衍生的3,003对就诊序列进行了多模态下次就诊预测消融实验,其中结合认知功能加MRI的配置对ADAS13(0.4419)和脑室体积(0.5842)都实现了最低的标准RMSE,优于"最后观测值前向填充"基线方法。

文中还讨论了用于高维影像融合的贝叶斯张量建模组件。这些结果支持了所提出架构的可行性,同时也凸显了需要更强的不确定性校准和更长预测视野的评估。PCD-DT框架为神经退行性疾病中的个性化计算机模拟建模提供了原则性起点。本工作将PCD-DT定位为迈向临床可部署、不确定性感知的数字孪生体系统的基础步骤。

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