Deep learning has been successfully applied to recognizing both natural images and medical images. However, there remains a gap in recognizing 3D neuroimaging data, especially for psychiatric diseases such as schizophrenia and depression that have no visible alteration in specific slices. In this study, we propose to process the 3D data by a 2+1D framework so that we can exploit the powerful deep 2D Convolutional Neural Network (CNN) networks pre-trained on the huge ImageNet dataset for 3D neuroimaging recognition. Specifically, 3D volumes of Magnetic Resonance Imaging (MRI) metrics (grey matter, white matter, and cerebrospinal fluid) are decomposed to 2D slices according to neighboring voxel positions and inputted to 2D CNN models pre-trained on the ImageNet to extract feature maps from three views (axial, coronal, and sagittal). Global pooling is applied to remove redundant information as the activation patterns are sparsely distributed over feature maps. Channel-wise and slice-wise convolutions are proposed to aggregate the contextual information in the third view dimension unprocessed by the 2D CNN model. Multi-metric and multi-view information are fused for final prediction. Our approach outperforms handcrafted feature-based machine learning, deep feature approach with a support vector machine (SVM) classifier and 3D CNN models trained from scratch with better cross-validation results on publicly available Northwestern University Schizophrenia Dataset and the results are replicated on another independent dataset.


翻译:深层学习被成功地应用于识别自然图像和医学图像。然而,在识别3D神经成像数据方面仍然存在差距,特别是对于精神疾病,例如精神分裂和抑郁,在特定切片中无法明显改变。在本研究中,我们提议用2+1D框架处理3D数据,以便我们可以利用强大的2D进化神经网络网络网络,在3D神经成像的巨大图像网数据集上预先培训。具体而言,3D量的磁共振成像(磁物质、白物质和脑脊椎液)指标在识别3D分解成2D切片。根据相邻的 voxel 位置和输入到2DCNN模型的图像网预培训,从三种观点(轴心神经神经网络网络(CNN)网络)中提取地貌图图图图图(轴心神经网络(NNN)网络)网络网络网络网网网网网,用于消除冗余信息,因为激活模式在地貌图图上分散分布。频道和切相向相近的图像(Groad-screal-convod convolad) 指标集中,建议将CMS三维系的背景资料信息综合背景信息纳入,S-S-deal-de-deal-de-de-de-de-de-deal-de-de-de-de-deal-de-de-de-de-de-de-de-de-de-ropal Stal-dal-de-de-de-dal-de-de-de-de-de-de-daldaldaldaldal-d-dal-daldaldald-d-d-d-d-d-d-d-de-d-de-d-d-d-de-de-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-de-de-d-d-d-d-dal-daldal-daldaldal-de-d-d-al-al-dal-dal-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-disal-al-dal-d-d-d-al-d-d-d-d-

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