Alzheimer's Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder with one of the most complex pathogeneses, making effective and clinically actionable decision support difficult. The objective of this study was to develop a novel multimodal deep learning framework to aid medical professionals in AD diagnosis. We present a Multimodal Alzheimer's Disease Diagnosis framework (MADDi) to accurately detect the presence of AD and mild cognitive impairment (MCI) from imaging, genetic, and clinical data. MADDi is novel in that we use cross-modal attention, which captures interactions between modalities - a method not previously explored in this domain. We perform multi-class classification, a challenging task considering the strong similarities between MCI and AD. We compare with previous state-of-the-art models, evaluate the importance of attention, and examine the contribution of each modality to the model's performance. MADDi classifies MCI, AD, and controls with 96.88% accuracy on a held-out test set. When examining the contribution of different attention schemes, we found that the combination of cross-modal attention with self-attention performed the best, and no attention layers in the model performed the worst, with a 7.9% difference in F1-Scores. Our experiments underlined the importance of structured clinical data to help machine learning models contextualize and interpret the remaining modalities. Extensive ablation studies showed that any multimodal mixture of input features without access to structured clinical information suffered marked performance losses. This study demonstrates the merit of combining multiple input modalities via cross-modal attention to deliver highly accurate AD diagnostic decision support.


翻译:阿尔茨海默氏病(AD)是最常见的神经退化性障碍,是最复杂的病原体之一,其神经退化性失调症(AD)是最常见的神经退化性失调症,其中一种是最复杂的病原体,使得有效和临床上可操作的决策支持困难。本研究的目标是开发一个新的多式深层次学习框架,帮助医学专业人员进行自动诊断。我们提出了多式阿尔茨海默氏氏病诊断框架(MADDI),以准确地检测成像、遗传和临床数据中存在AD和轻度认知缺陷(MCI)的情况。MADDI是一种新奇特,因为我们使用跨式注意力来捕捉各种模式之间的相互作用,而这种方法是以前没有在这一领域探讨过的一种方法。我们执行多级分类,这是一项具有挑战性的任务,考虑到MCI和AD之间的强烈相似性学习。我们比较了以往最先进的模型的重要性,评估了注意力的重要性,并检查了每种模式对模型的作用。MADDI将MCI、ADAD以及控制与长期测试数据集中的96.88%的精确度。在研究不同的关注机制下,我们发现跨式支持与自我保存的循环支持方法相结合的混合的混合关注和循环研究中,在最深层次上展示了最深层的深度的深度的深度的深度的临床投入的实验中,我们学习的理论的实验中学习了最深层的深度的实验。

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