論文の概要: Structure-focused Neurodegeneration Convolutional Neural Network for Modeling and Classification of Alzheimer's Disease

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.03922v2
• Date: Wed, 10 Jan 2024 07:06:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-01-11 11:48:05.385791
• Title: Structure-focused Neurodegeneration Convolutional Neural Network for Modeling and Classification of Alzheimer's Disease
• Title（参考訳）: アルツハイマー病のモデリングと分類のための構造中心神経変性畳み込みニューラルネットワーク
• Authors: Simisola Odimayo, Chollette C. Olisah, and Khadija Mohammed
• Abstract要約: アルツハイマー病(AD)は世界的な課題となり、正確な早期診断の緊急性を強調している。 軽度認知障害 (MCI) とAD (AD) を区別するために, MRI (Machine Resonance Imaging) を併用した臨床技術は, 整合性や信頼性に乏しいため, 障害に遭遇する。 本稿では,画像強調技術であるガンマ補正を統合し,構造に着目した神経変性畳み込みニューラルネットワーク(CNN)アーキテクチャを含む機械学習フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Alzheimer's disease (AD), the predominant form of dementia, poses a growing global challenge and underscores the urgency of accurate and early diagnosis. The clinical technique radiologists adopt for distinguishing between mild cognitive impairment (MCI) and AD using Machine Resonance Imaging (MRI) encounter hurdles because they are not consistent and reliable. Machine learning has been shown to offer promise for early AD diagnosis. However, existing models focused on focal fine-grain features without considerations to focal structural features that give off information on neurodegeneration of the brain cerebral cortex. Therefore, this paper proposes a machine learning (ML) framework that integrates Gamma correction, an image enhancement technique, and includes a structure-focused neurodegeneration convolutional neural network (CNN) architecture called SNeurodCNN for discriminating between AD and MCI. The ML framework leverages the mid-sagittal and para-sagittal brain image viewpoints of the structure-focused Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) dataset. Through experiments, our proposed machine learning framework shows exceptional performance. The parasagittal viewpoint set achieves 97.8% accuracy, with 97.0% specificity and 98.5% sensitivity. The midsagittal viewpoint is shown to present deeper insights into the structural brain changes given the increase in accuracy, specificity, and sensitivity, which are 98.1% 97.2%, and 99.0%, respectively. Using GradCAM technique, we show that our proposed model is capable of capturing the structural dynamics of MCI and AD which exist about the frontal lobe, occipital lobe, cerebellum, and parietal lobe. Therefore, our model itself as a potential brain structural change Digi-Biomarker for early diagnosis of AD.
• Abstract（参考訳）: 認知症の主要な形態であるアルツハイマー病(AD)は、世界的な課題となり、正確な早期診断の緊急性を強調している。 軽度認知障害 (MCI) とAD (AD) を区別するために, MRI (Machine Resonance Imaging) を併用した臨床技術は, 整合性や信頼性に乏しいため, 障害に遭遇する。 機械学習は、早期の広告診断に有望であることが示されている。 しかし、既存のモデルでは、脳大脳皮質の神経変性に関する情報を提供する焦点構造の特徴を考慮せずに焦点微細な特徴に焦点を当てている。 そこで本稿では,画像強調技術であるガンマ補正を統合した機械学習(ML)フレームワークを提案し,ADとMCIを識別するための構造中心の神経変性畳み込みニューラルネットワーク(CNN)アーキテクチャ(SNeurodCNN)を提案する。 MLフレームワークは、構造に焦点を当てたアルツハイマー病神経画像イニシアチブ(ADNI)データセットの、中矢状および準矢状脳像の視点を活用する。 実験により,提案する機械学習フレームワークは優れた性能を示す。 準矢状視線は97.8%の精度で、97.0%の特異性と98.5%の感度を持つ。 正解率98.1% 97.2%、正解率99.0%、正解率98.1%、正解率99.0%、正解率98.1%、正解率98.1%、正解率99.0%である。 また,GradCAM法を用いて,前頭葉,後頭葉,小脳,頭頂葉などに存在するMCIおよびADの構造動態を把握できることが示唆された。 したがって、adの早期診断のための脳構造変化ジギバイオマーカーとしてのモデルそのものが考えられる。

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