論文の概要: Efficiently Training Vision Transformers on Structural MRI Scans for Alzheimer's Disease Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.08216v1
• Date: Tue, 14 Mar 2023 20:18:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-03-16 15:42:32.160103
• Title: Efficiently Training Vision Transformers on Structural MRI Scans for Alzheimer's Disease Detection
• Title（参考訳）: アルツハイマー病検出のための構造MRIスキャンを用いた視覚変換器の訓練
• Authors: Nikhil J. Dhinagar, Sophia I. Thomopoulos, Emily Laltoo and Paul M. Thompson
• Abstract要約: ビジョントランスフォーマー(ViT)は近年、コンピュータビジョンアプリケーションのためのCNNの代替として登場した。 難易度に基づいて,脳神経画像の下流タスクに対するViTアーキテクチャの変種を検証した。 合成および実MRIスキャンで事前訓練した微調整型視覚変換器モデルを用いて、5%と9-10%の性能向上を実現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.359557447960552
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Neuroimaging of large populations is valuable to identify factors that promote or resist brain disease, and to assist diagnosis, subtyping, and prognosis. Data-driven models such as convolutional neural networks (CNNs) have increasingly been applied to brain images to perform diagnostic and prognostic tasks by learning robust features. Vision transformers (ViT) - a new class of deep learning architectures - have emerged in recent years as an alternative to CNNs for several computer vision applications. Here we tested variants of the ViT architecture for a range of desired neuroimaging downstream tasks based on difficulty, in this case for sex and Alzheimer's disease (AD) classification based on 3D brain MRI. In our experiments, two vision transformer architecture variants achieved an AUC of 0.987 for sex and 0.892 for AD classification, respectively. We independently evaluated our models on data from two benchmark AD datasets. We achieved a performance boost of 5% and 9-10% upon fine-tuning vision transformer models pre-trained on synthetic (generated by a latent diffusion model) and real MRI scans, respectively. Our main contributions include testing the effects of different ViT training strategies including pre-training, data augmentation and learning rate warm-ups followed by annealing, as pertaining to the neuroimaging domain. These techniques are essential for training ViT-like models for neuroimaging applications where training data is usually limited. We also analyzed the effect of the amount of training data utilized on the test-time performance of the ViT via data-model scaling curves.
• Abstract（参考訳）: 大集団の神経イメージングは、脳疾患を促進または抵抗する因子を同定し、診断、サブタイプ、予後を助けるのに有用である。 畳み込みニューラルネットワーク(cnns)のようなデータ駆動モデルは、堅牢な特徴を学習することで診断と予後のタスクを実行するために脳画像にますます適用されている。 vision transformers (vit) - ディープラーニングアーキテクチャの新しいクラス - は近年、いくつかのコンピュータビジョンアプリケーションのためのcnnの代替として登場している。 そこで我々は,3次元脳MRIに基づく性差とアルツハイマー病(AD)分類の難易度に基づいて,所望の脳画像下流タスクに対するViTアーキテクチャの変種を検証した。 実験では,2種類の視覚トランスフォーマーアーキテクチャが,性別で0.987,AD分類で0.892のAUCを達成した。 2つのベンチマークADデータセットから得られたデータに基づいてモデルを独立に評価した。 合成(潜時拡散モデルにより生成)と実MRIスキャンを併用した微調整型視覚トランスフォーマーモデルを用いて, 5%, 9-10%の性能向上を実現した。 我々の主な貢献は、神経画像領域に関して、トレーニング前、データ拡張、学習率ウォームアップなどの異なるViTトレーニング戦略の効果のテストである。 これらの技術は、通常、トレーニングデータが制限されている神経イメージング応用のためのViTライクなモデルのトレーニングに不可欠である。 また、データモデルスケーリング曲線を用いて、トレーニングデータの利用量がViTのテスト時間性能に与える影響を解析した。

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