Lesion detection in brain Magnetic Resonance Images (MRIs) remains a challenging task. MRIs are typically read and interpreted by domain experts, which is a tedious and time-consuming process. Recently, unsupervised anomaly detection (UAD) in brain MRI with deep learning has shown promising results to provide a quick, initial assessment. So far, these methods only rely on the visual appearance of healthy brain anatomy for anomaly detection. Another biomarker for abnormal brain development is the deviation between the brain age and the chronological age, which is unexplored in combination with UAD. We propose deep learning for UAD in 3D brain MRI considering additional age information. We analyze the value of age information during training, as an additional anomaly score, and systematically study several architecture concepts. Based on our analysis, we propose a novel deep learning approach for UAD with multi-task age prediction. We use clinical T1-weighted MRIs of 1735 healthy subjects and the publicly available BraTs 2019 data set for our study. Our novel approach significantly improves UAD performance with an AUC of 92.60% compared to an AUC-score of 84.37% using previous approaches without age information.


翻译:脑磁共振成像(MRIs)中脑磁共振成像(MRIs)的测分仍是一项艰巨的任务。 MRIs通常由域专家来阅读和解释,这是一个乏味和耗时的过程。最近,在深层学习的大脑MRI中,未经监督的异常检测(UAD)已经显示出令人乐观的结果,可以提供快速的初步评估。到目前为止,这些方法仅仅依靠健康的大脑解剖的视觉外观来发现异常现象。异常大脑发育的另一个生物标志是大脑年龄和时间年龄之间的偏差,而这种偏差与UAAAD(UA)MRI(UAD)结合,是尚未探索的。我们建议用3D(3D)大脑MRI(MRI)为UAD(UAD)进行深层次学习,考虑更多的年龄信息。我们分析了培训中年龄信息的价值,作为额外的异常分数,并系统研究了若干结构概念。根据我们的分析,我们建议对UAD(UD)提出一种新的深层次学习方法,用多塔克年龄预测来进行新型T1加权的1735健康对象的MIS和公开的2019数据集。我们的新方法大大改进了UAAD(AUC)的绩效,而没有使用以前的84.60 %的方法。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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