論文の概要: A Novel Hybrid Parameter-Efficient Fine-Tuning Approach for Hippocampus Segmentation and Alzheimer's Disease Diagnosis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.00884v1
• Date: Mon, 2 Sep 2024 00:52:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-06 08:30:49.503536
• Title: A Novel Hybrid Parameter-Efficient Fine-Tuning Approach for Hippocampus Segmentation and Alzheimer's Disease Diagnosis
• Title（参考訳）: 海馬分節とアルツハイマー病診断のためのハイブリッドパラメーター高能率微調整法
• Authors: Wangang Cheng, Guanghua He, Keli Hu, Mingyu Fang, Liang Dong, Zhong Li, Hancan Zhu,
• Abstract要約: 本稿では,ハイブリッド並列およびシリアルアーキテクチャを用いたHyPSと呼ばれる,パラメータ効率の高いファインチューニング手法を提案する。 HyPSはモデルパラメータの最小限のサブセットを更新し、事前訓練されたモデルの元の知識トラクチャを保持する。 アルツハイマー病を認知正常(CN)個体と区別することで、HyPSはそれぞれ83.78%と64.29%の分類精度を達成した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.775565417928895
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Deep learning methods have significantly advanced medical image segmentation, yet their success hinges on large volumes of manually annotated data, which require specialized expertise for accurate labeling. Additionally, these methods often demand substantial computational resources, particularly for three-dimensional medical imaging tasks. Consequently, applying deep learning techniques for medical image segmentation with limited annotated data and computational resources remains a critical challenge. In this paper, we propose a novel parameter-efficient fine-tuning strategy, termed HyPS, which employs a hybrid parallel and serial architecture. HyPS updates a minimal subset of model parameters, thereby retaining the pre-trained model's original knowledge tructure while enhancing its ability to learn specific features relevant to downstream tasks. We apply this strategy to the state-of-the-art SwinUNETR model for medical image segmentation. Initially, the model is pre-trained on the BraTs2021 dataset, after which the HyPS method is employed to transfer it to three distinct hippocampus datasets.Extensive experiments demonstrate that HyPS outperforms baseline methods, especially in scenarios with limited training samples. Furthermore, based on the segmentation results, we calculated the hippocampal volumes of subjects from the ADNI dataset and combined these with metadata to classify disease types. In distinguishing Alzheimer's disease (AD) from cognitively normal (CN) individuals, as well as early mild cognitive impairment (EMCI) from late mild cognitive impairment (LMCI), HyPS achieved classification accuracies of 83.78% and 64.29%, respectively. These findings indicate that the HyPS method not only facilitates effective hippocampal segmentation using pre-trained models but also holds potential for aiding Alzheimer's disease detection. Our code is publicly available.
• Abstract（参考訳）: 深層学習法は医用画像のセグメンテーションを著しく進歩させたが、その成功は手動で注釈付けされた大量のデータに基づいており、正確なラベル付けには専門的な専門知識が必要である。 さらに、これらの手法は、特に3次元の医療画像処理において、かなりの計算資源を必要とすることが多い。 したがって、注釈付きデータや計算資源を限定した医用画像分割のための深層学習技術の適用は、依然として重要な課題である。 本稿では,ハイブリッド並列およびシリアルアーキテクチャを用いたHyPSと呼ばれる,パラメータ効率の高いファインチューニング手法を提案する。 HyPSはモデルパラメータの最小限のサブセットを更新し、トレーニング済みモデルの本来の知識トラクチャーを維持しながら、下流タスクに関連する特定の特徴を学習する能力を向上する。 医用画像分割のための最先端SwinUNETRモデルに適用する。 当初、このモデルはBraTs2021データセットで事前トレーニングされ、その後HyPS法が3つの異なる海馬データセットに転送される。 さらに, セグメンテーションの結果をもとに, ADNIデータセットから海馬の体積を算出し, それらをメタデータと組み合わせて病型分類を行った。 アルツハイマー病(AD)と認知正常(CN)の個人、および早期軽度認知障害(EMCI)と後期軽度認知障害(LMCI)の区別において、HyPSはそれぞれ83.78%と64.29%の分類精度を達成した。 以上の結果から,HyPS法はトレーニング済みモデルを用いた海馬セグメンテーションを効果的に促進するだけでなく,アルツハイマー病の検出を支援する可能性も示唆された。 私たちのコードは公開されています。

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