The identification of Alzheimer's disease (AD) and its early stages using structural magnetic resonance imaging (MRI) has been attracting the attention of researchers. Various data-driven approaches have been introduced to capture subtle and local morphological changes of the brain accompanied by the disease progression. One of the typical approaches for capturing subtle changes is patch-level feature representation. However, the predetermined regions to extract patches can limit classification performance by interrupting the exploration of potential biomarkers. In addition, the existing patch-level analyses have difficulty explaining their decision-making. To address these problems, we propose the BrainBagNet with a position-based gate (PG-BrainBagNet), a framework for jointly learning pathological region localization and AD diagnosis in an end-to-end manner. In advance, as all scans are aligned to a template in image processing, the position of brain images can be represented through the 3D Cartesian space shared by the overall MRI scans. The proposed method represents the patch-level response from whole-brain MRI scans and discriminative brain-region from position information. Based on the outcomes, the patch-level class evidence is calculated, and then the image-level prediction is inferred by a transparent aggregation. The proposed models were evaluated on the ADNI datasets. In five-fold cross-validation, the classification performance of the proposed method outperformed that of the state-of-the-art methods in both AD diagnosis (AD vs. normal control) and mild cognitive impairment (MCI) conversion prediction (progressive MCI vs. stable MCI) tasks. In addition, changes in the identified discriminant regions and patch-level class evidence according to the patch size used for model training are presented and analyzed.


翻译:使用结构磁共振成像(MRI)来识别阿尔茨海默氏病(AD)及其早期阶段,使用结构磁共振成像(MRI),引起了研究人员的注意。我们采用了各种数据驱动的方法,以捕捉与疾病演进相伴的大脑微妙和局部形态变化。捕捉微妙变化的典型方法之一是补丁级特征代表制。然而,为提取补丁而预定的区域可以通过中断潜在生物标志的探索来限制分类性能。此外,现有的补丁级分析很难解释其决策。为了解决这些问题,我们建议使用基于定位的门(PG-BrainBagNet)的脑BonesBagNet(PG-BrainBagNet),这是以端到端方式联合学习病理学区域本地化和自动诊断的框架。由于所有扫描都与图像处理中的模板一致,因此脑图像的位置可以通过3D Cartesian 共享的全面扫描来限制分类工作。提议的模型代表了整个脑级的平稳水平扫描和从位置信息中分析脑区域(PG-B-Brainal-Bal-alalalalalalalal adalaldealdealalalalalalalal delvialal dal dal dal dal lavial dal laview) 和随后根据结果, 数据分析了Avial dal dal dalal 数据级数据级数据级数据级数据级数据级评估了Avialvialvialvialvialvial 。

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