Accurate diagnosis and prognosis of Alzheimer's disease are crucial for developing new therapies and reducing the associated costs. Recently, with the advances of convolutional neural networks, deep learning methods have been proposed to automate these two tasks using structural MRI. However, these methods often suffer from a lack of interpretability and generalization and have limited prognosis performance. In this paper, we propose a novel deep framework designed to overcome these limitations. Our pipeline consists of two stages. In the first stage, 125 3D U-Nets are used to estimate voxelwise grade scores over the whole brain. The resulting 3D maps are then fused to construct an interpretable 3D grading map indicating the disease severity at the structure level. As a consequence, clinicians can use this map to detect the brain structures affected by the disease. In the second stage, the grading map and subject's age are used to perform classification with a graph convolutional neural network. Experimental results based on 2106 subjects demonstrated competitive performance of our deep framework compared to state-of-the-art methods on different datasets for both AD diagnosis and prognosis. Moreover, we found that using a large number of U-Nets processing different overlapping brain areas improved the generalization capacity of the proposed methods.


翻译:对阿尔茨海默氏病的准确诊断和预测对于发展新疗法和降低相关成本至关重要。最近,随着神经神经网络的发展,提出了利用结构性磁共振使这两项任务自动化的深层次学习方法。然而,这些方法往往缺乏可解释性和概括性,预测性表现有限。在本文件中,我们提出了一个旨在克服这些限制的新深层次框架。我们的管道由两个阶段组成。在第一阶段,使用125 3D U-Net来估计整个大脑的恶毒性等级分数。随后产生的3D地图被结合成一个可解释的3D分级图,显示结构一级的疾病严重性。因此,临床医生可以使用该图来检测受疾病影响的大脑结构。在第二阶段,我们用定级图和对象的年龄来用图表性神经神经网络进行分类。基于2106个主题的实验结果显示了我们深层次框架的竞争性表现,而相比之下,在不同的数据设置上采用了最新的3D分级图方法,以显示结构层面的病情严重程度。因此,我们发现,在不同的ADAD诊断和预测性大脑的大规模重复性区域。此外,我们发现,我们利用拟议的大的U-drodaldalizismismismism droduction。

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