Chronological age of healthy people is able to be predicted accurately using deep neural networks from neuroimaging data, and the predicted brain age could serve as a biomarker for detecting aging-related diseases. In this paper, a novel 3D convolutional network, called two-stage-age-network (TSAN), is proposed to estimate brain age from T1-weighted MRI data. Compared with existing methods, TSAN has the following improvements. First, TSAN uses a two-stage cascade network architecture, where the first-stage network estimates a rough brain age, then the second-stage network estimates the brain age more accurately from the discretized brain age by the first-stage network. Second, to our knowledge, TSAN is the first work to apply novel ranking losses in brain age estimation, together with the traditional mean square error (MSE) loss. Third, densely connected paths are used to combine feature maps with different scales. The experiments with $6586$ MRIs showed that TSAN could provide accurate brain age estimation, yielding mean absolute error (MAE) of $2.428$ and Pearson's correlation coefficient (PCC) of $0.985$, between the estimated and chronological ages. Furthermore, using the brain age gap between brain age and chronological age as a biomarker, Alzheimer's disease (AD) and Mild Cognitive Impairment (MCI) can be distinguished from healthy control (HC) subjects by support vector machine (SVM). Classification AUC in AD/HC and MCI/HC was $0.904$ and $0.823$, respectively. It showed that brain age gap is an effective biomarker associated with risk of dementia, and has potential for early-stage dementia risk screening. The codes and trained models have been released on GitHub: https://github.com/Milan-BUAA/TSAN-brain-age-estimation.


翻译:健康人群的慢性年龄可以使用神经成像数据的深度神经网络准确预测健康人群的慢性年龄。 首先,TSAN使用一个两阶段级级级联网络结构,第一阶段的网络估计大脑年龄粗略,然后第二阶段的网络可以作为检测与老龄化有关的疾病的生物标志。在本论文中,一个叫作两阶段年龄网络(TSAN)的新颖的3D进化网络,用T1加权MRI数据来估计大脑年龄。与现有方法相比,TSAN拥有以下改进。首先,TSAN使用一个两阶段级级级级级级级级级联网络结构,第一阶段的网络估计大脑年龄比第一阶段的离散大脑年龄更精确。第二,根据我们的知识,TSAN是应用大脑年龄的新排名损失,加上传统的平方差(MSE),第三,连接深度的路径是将地貌地图与不同尺度结合起来。用6586美元级联机级联,TSAN可以提供准确的脑年龄估计,导致大脑年龄为2.428美元和皮尔逊的大脑年龄(MAE)之间的绝对误值。 IMASemal-al-mial-al-al-mamax ASal-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-max值(PC) ASal-max, ASal-max,可以估计, ASal-mial-mi) AS AS AS AS 10 AS-ir AS) 10 和直核算为生物代的机序值为生物序号算值值值值值值值值值为生物代值, 。

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