Schizophrenia is a chronic neuropsychiatric disorder that causes distinct structural alterations within the brain. We hypothesize that deep learning applied to a structural neuroimaging dataset could detect disease-related alteration and improve classification and diagnostic accuracy. We tested this hypothesis using a single, widely available, and conventional T1-weighted MRI scan, from which we extracted the 3D whole-brain structure using standard post-processing methods. A deep learning model was then developed, optimized, and evaluated on three open datasets with T1-weighted MRI scans of patients with schizophrenia. Our proposed model outperformed the benchmark model, which was also trained with structural MR images using a 3D CNN architecture. Our model is capable of almost perfectly (area under the ROC curve = 0.987) distinguishing schizophrenia patients from healthy controls on unseen structural MRI scans. Regional analysis localized subcortical regions and ventricles as the most predictive brain regions. Subcortical structures serve a pivotal role in cognitive, affective, and social functions in humans, and structural abnormalities of these regions have been associated with schizophrenia. Our finding corroborates that schizophrenia is associated with widespread alterations in subcortical brain structure and the subcortical structural information provides prominent features in diagnostic classification. Together, these results further demonstrate the potential of deep learning to improve schizophrenia diagnosis and identify its structural neuroimaging signatures from a single, standard T1-weighted brain MRI.


翻译:精神分裂症是一种慢性神经神经心理紊乱症,导致大脑内部的结构有明显的结构改变。我们假设,在结构神经成像的数据集中应用深层次的学习可以检测与疾病有关的改变,并改进分类和诊断准确性。我们用单一的、可广泛获得的和常规T1加权的MRI扫描方法测试了这一假设,我们从中利用标准后处理方法提取了3D整脑结构。然后开发、优化并评价了三维整脑结构的三种开放数据集,对精神分裂症病人进行了T1加权的MRI扫描。我们提议的模型超过了基准模型,该模型也用3DCNN结构结构的MM图像进行了培训。我们模型几乎能够完美地(在ROC曲线=0.987范围内,将精神分裂症患者从健康控制中分离出来,使用标准的MRI扫描法扫描法扫描方法。区域分析局部亚质亚质地区和心室作为最能预测的脑区域。亚质结构结构在认知、影响和社会功能方面发挥着关键作用。我们提议的模型模型模型模型模型也利用3DCNN结构的MAR结构变变异性结构结构的模型,这些结构的亚级结构结构特征的亚化结果提供了我们对亚级结构结构的分级的分级的分级的分级的分级的分级的分级的分。

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