In neuroimaging analysis, functional magnetic resonance imaging (fMRI) can well assess brain function changes for brain diseases with no obvious structural lesions. So far, most deep-learning-based fMRI studies take functional connectivity as the basic feature in disease classification. However, functional connectivity is often calculated based on time series of predefined regions of interest and neglects detailed information contained in each voxel, which may accordingly deteriorate the performance of diagnostic models. Another methodological drawback is the limited sample size for the training of deep models. In this study, we propose BrainFormer, a general hybrid Transformer architecture for brain disease classification with single fMRI volume to fully exploit the voxel-wise details with sufficient data dimensions and sizes. BrainFormer is constructed by modeling the local cues within each voxel with 3D convolutions and capturing the global relations among distant regions with two global attention blocks. The local and global cues are aggregated in BrainFormer by a single-stream model. To handle multisite data, we propose a normalization layer to normalize the data into identical distribution. Finally, a Gradient-based Localization-map Visualization method is utilized for locating the possible disease-related biomarker. We evaluate BrainFormer on five independently acquired datasets including ABIDE, ADNI, MPILMBB, ADHD-200 and ECHO, with diseases of autism, Alzheimer's disease, depression, attention deficit hyperactivity disorder, and headache disorders. The results demonstrate the effectiveness and generalizability of BrainFormer for multiple brain diseases diagnosis. BrainFormer may promote neuroimaging-based precision diagnosis in clinical practice and motivate future study in fMRI analysis. Code is available at: https://github.com/ZiyaoZhangforPCL/BrainFormer.


翻译:在神经成像分析中,功能磁共振成像(fMRI)可以很好地评估大脑功能的变化,而没有明显的结构性损伤。到目前为止,大多数深学习基础的FMRI研究都把功能连接作为疾病分类的基本特征。然而,功能连接往往根据预定感兴趣地区和忽视每个福克斯尔所含详细信息的时间序列进行计算,从而可能因此恶化诊断模型的性能。另一个方法缺陷是深模型培训的样本规模有限。在本研究中,我们提议BeachFormer,这是用于脑疾病分类的一般混合变异器结构,具有单一的FMRI体积,以充分利用具有足够数据尺寸和尺寸的异异异性蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白蛋白质。基于GridifentificForForForIForIForal 包括3D concolorationMUDMIL, 和OEWEDMAL-C-Deal Demodeal Connalalalalalalalalalalalalalalal Agild Agal Agild Agal Agal Agromal Ad 正在 正在 使用数据方法。

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