論文の概要: Focal Cortical Dysplasia Type II Detection Using Cross Modality Transfer Learning and Grad-CAM in 3D-CNNs for MRI Analysis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.07775v1
• Date: Thu, 10 Apr 2025 14:15:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-11 12:24:21.267516
• Title: Focal Cortical Dysplasia Type II Detection Using Cross Modality Transfer Learning and Grad-CAM in 3D-CNNs for MRI Analysis
• Title（参考訳）: MRI解析のための3D-CNNにおけるクロスモーダルトランスファー学習とGrad-CAMを用いた皮質異形成II型検出
• Authors: Lorenzo Lasagni, Antonio Ciccarone, Renzo Guerrini, Matteo Lenge, Ludovico D'incerti,
• Abstract要約: 焦点性皮質異形成症(FCD)II型は薬剤抵抗性てんかんの主要な原因であり、手術でのみ治癒することが多い。 臨床的に重要であるにもかかわらず、MRIでは微妙な異常が原因でFCDの診断は非常に困難であり、誤診に繋がる。 本研究では,T1強調MRIとFLAIRMRIを用いた170名の被験者(85名のFCD患者と85名のコントロール)のデータセットを用いて,FCD検出における3次元畳み込みニューラルネットワークの使用について検討した。
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• Abstract: Focal cortical dysplasia (FCD) type II is a major cause of drug-resistant epilepsy, often curable only by surgery. Despite its clinical importance, the diagnosis of FCD is very difficult in MRI because of subtle abnormalities, leading to misdiagnosis. This study investigates the use of 3D convolutional neural networks (3D-CNNs) for FCD detection, using a dataset of 170 subjects (85 FCD patients and 85 controls) composed of T1-weighted and FLAIR MRI scans. In particular, it investigates the benefits obtained from cross-modality transfer learning and explainable artificial intelligence (XAI) techniques, in particular Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM). ResNet architectures (ResNet-18, -34, and -50) were implemented, employing transfer learning strategies that used pre-trained weights from segmentation tasks. Results indicate that transfer learning significantly enhances classification accuracy (up to 80.3%) and interpretability, as measured by a novel Heat-Score metric, which evaluates the model's focus on clinically relevant regions. Improvements in the Heat-Score metric underscore the model's seizure zone localization capabilities, bringing AI predictions and clinical insights closer together. These results highlight the importance of transfer learning, including cross-modality, and XAI in advancing AI-based medical diagnostics, especially for difficult-to-diagnose pathologies such as FCD.
• Abstract（参考訳）: 焦点性皮質異形成症(FCD)II型は薬剤抵抗性てんかんの主要な原因であり、手術でのみ治癒することが多い。 臨床的に重要であるにもかかわらず、MRIでは微妙な異常が原因でFCDの診断は非常に困難であり、誤診に繋がる。 本研究では3次元畳み込みニューラルネットワーク(3D-CNN)を用いて,T1強調MRIとFLAIRMRIを用いた170名の被験者(85名のFCD患者と85名のコントロール)のデータセットを用いてFCD検出を行った。 特に,クロスモダリティ伝達学習と説明可能な人工知能(XAI)技術,特にグラディエント重み付きクラス活性化マッピング(Grad-CAM)の利点について検討した。 ResNetアーキテクチャ(ResNet-18,-34,-50)が実装され、セグメンテーションタスクから事前訓練した重みを用いたトランスファーラーニング戦略が採用された。 その結果,トランスファーラーニングによって分類精度(最大80.3%)と解釈可能性が大きく向上し,臨床関連領域に焦点を絞った新しいヒートスコア測定値が得られた。 Heat-Scoreメトリックの改善により、モデルの発作ゾーンのローカライゼーション能力が向上し、AI予測と臨床的洞察がより緊密になる。 これらの結果は、特にFCDのような診断が難しい病態において、AIベースの診断の進歩において、モダリティを含むトランスファーラーニングとXAIの重要性を強調している。

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