Major depressive disorder (MDD) is a prevalent mental health condition that negatively impacts both individual well-being and global public health. Automated detection of MDD using structural magnetic resonance imaging (sMRI) and deep learning (DL) methods holds increasing promise for improving diagnostic accuracy and enabling early intervention. Most existing methods employ either voxel-level features or handcrafted regional representations built from predefined brain atlases, limiting their ability to capture complex brain patterns. This paper develops a unified pipeline that utilizes Vision Transformers (ViTs) for extracting 3D region embeddings from sMRI data and Graph Neural Network (GNN) for classification. We explore two strategies for defining regions: (1) an atlas-based approach using predefined structural and functional brain atlases, and (2) an cube-based method by which ViTs are trained directly to identify regions from uniformly extracted 3D patches. Further, cosine similarity graphs are generated to model interregional relationships, and guide GNN-based classification. Extensive experiments were conducted using the REST-meta-MDD dataset to demonstrate the effectiveness of our model. With stratified 10-fold cross-validation, the best model obtained 81.51\% accuracy, 85.94\% sensitivity, 76.36\% specificity, 80.88\% precision, and 83.33\% F1-score. Further, atlas-based models consistently outperformed the cube-based approach, highlighting the importance of using domain-specific anatomical priors for MDD detection.


翻译:重度抑郁症(MDD)是一种普遍存在的精神健康疾病,对个人福祉和全球公共卫生均产生负面影响。利用结构磁共振成像(sMRI)和深度学习方法进行MDD的自动检测,在提高诊断准确性和实现早期干预方面展现出日益广阔的前景。现有方法大多采用基于体素的特征或基于预定义脑图谱构建的手工区域表征,限制了其捕捉复杂脑模式的能力。本文开发了一个统一流程,利用视觉Transformer从sMRI数据中提取三维区域嵌入,并采用图神经网络进行分类。我们探索了两种定义区域的策略:(1)基于预定义结构和功能脑图谱的图谱方法;(2)通过直接训练ViT从均匀提取的三维图像块中识别区域的立方体方法。进一步,我们生成余弦相似度图以建模区域间关系,并指导基于GNN的分类。我们使用REST-meta-MDD数据集进行了大量实验以验证模型的有效性。通过分层10折交叉验证,最佳模型取得了81.51%的准确率、85.94%的灵敏度、76.36%的特异性、80.88%的精确率和83.33%的F1分数。此外,基于图谱的模型在性能上持续优于基于立方体的方法,凸显了在MDD检测中使用领域特异性解剖学先验知识的重要性。

0
下载
关闭预览

相关内容

国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员