Computer-aided early diagnosis of Alzheimer's disease (AD) and its prodromal form mild cognitive impairment (MCI) based on structure Magnetic Resonance Imaging (sMRI) has provided a cost-effective and objective way for early prevention and treatment of disease progression, leading to improved patient care. In this work, we have proposed a novel computer-aided approach for early diagnosis of AD by introducing an explainable 3D Residual Attention Deep Neural Network (3D ResAttNet) for end-to-end learning from sMRI scans. Different from the existing approaches, the novelty of our approach is three-fold: 1) A Residual Self-Attention Deep Neural Network has been proposed to capture local, global and spatial information of MR images to improve diagnostic performance; 2) An explanation method using Gradient-based Localization Class Activation mapping (Grad-CAM) has been introduced to improve the explainable of the proposed method; 3) This work has provided a full end-to-end learning solution for automated disease diagnosis. Our proposed 3D ResAttNet method has been evaluated on a large cohort of subjects from real datasets for two changeling classification tasks (i.e., Alzheimer's disease (AD) vs. Normal cohort (NC) and progressive MCI (pMCI) vs. stable MCI (sMCI)). The experimental results show that the proposed approach has a competitive advantage over the state-of-the-art models in terms of accuracy performance and generalizability. The explainable mechanism in our approach is able to identify and highlight the contribution of the important brain parts (e.g., hippocampus, lateral ventricle and most parts of the cortex) for transparent decisions.


翻译:在这项工作中,我们提出了一种新型计算机辅助方法,用于早期诊断阿尔茨海默氏病(AD)及其基于结构结构的轻度认知障碍(MCI)的早期诊断(MCI) 磁共振成像(SMRI)为早期预防和治疗疾病发展提供了成本有效和客观的方法,从而改善了病人的护理。在这项工作中,我们提出了一种新型计算机辅助方法,用于早期诊断阿尔茨海默氏病(AD)疾病(AD ResAttNet ), 用于从 SMRI 扫描中进行端到端的学习。与现有方法不同,我们方法的新颖性是三重自控深神经成像(MRI) 的准确性能(SMRI) 准确性能(SDIS) 的局部性能分析(Grad-CAM), 常规性能(MAD ) 的常规性能分析(MAD ) 和常规性能分析(MAD ) 的大规模实验性能分析(MAD ) 。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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