Longitudinal variations and complementary information inherent in longitudinal and multi-modal data play an important role in Alzheimer's disease (AD) prediction, particularly in identifying subjects with mild cognitive impairment who are about to have AD. However, longitudinal and multi-modal data may have missing data, which hinders the effective application of these data. Additionally, previous longitudinal studies require existing longitudinal data to achieve prediction, but AD prediction is expected to be conducted at patients' baseline visit (BL) in clinical practice. Thus, we proposed a multi-view imputation and cross-attention network (MCNet) to integrate data imputation and AD prediction in a unified framework and achieve accurate AD prediction. First, a multi-view imputation method combined with adversarial learning, which can handle a wide range of missing data situations and reduce imputation errors, was presented. Second, two cross-attention blocks were introduced to exploit the potential associations in longitudinal and multi-modal data. Finally, a multi-task learning model was built for data imputation, longitudinal classification, and AD prediction tasks. When the model was properly trained, the disease progression information learned from longitudinal data can be leveraged by BL data to improve AD prediction. The proposed method was tested on two independent testing sets and single-model data at BL to verify its effectiveness and flexibility on AD prediction. Results showed that MCNet outperformed several state-of-the-art methods. Moreover, the interpretability of MCNet was presented. Thus, our MCNet is a tool with a great application potential in longitudinal and multi-modal data analysis for AD prediction. Codes are available at https://github.com/Meiyan88/MCNET.


翻译:纵向和多模式数据中固有的纵向差异和补充信息在阿尔茨海默氏病(AD)的预测中发挥着重要作用,特别是在确定轻微认知缺陷的、即将出现自失常的科目方面。然而,纵向和多模式数据可能缺少数据,从而妨碍这些数据的有效运用。此外,以往的纵向研究需要现有的纵向数据才能实现预测,但预期在病人的临床实践基线访问(BL)中进行反倾销预测。因此,我们提议建立一个多视角估算和跨关注网络(MCNet),将数据估算和自动预测纳入一个统一框架,并实现准确的AD预测。首先,多视角估算和多模式数据可能会缺少数据,这可能会影响数据的有效应用。第二,引入了两个交叉关注区,以利用纵向和多模式数据访问中的潜在关联。最后,为数据标识、纵向分类和ADCN预测任务建立了一个多任务多重任务学习模式。当模型经过适当培训时,多视角的多视角估算方法将改进了我们疾病长期预测的预测结果,在B级数据测试中将数据升级为最新数据测试。

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