A spatiotemporal graph transformer approach for Alzheimer’s disease diagnosis with rs-fMRI

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作者
Peng He,Zhan Shi,Yaping Cui,Ruyan Wang,Dapeng Wu
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:178: 108762-108762
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2024.108762
摘要

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease accompanied by cognitive impairment. Early diagnosis is crucial for the timely treatment and intervention of AD. Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) records the temporal dynamics and spatial dependency in the brain, which have been utilized for automatically diagnosis of AD in the community. Existing approaches of AD diagnosis using rs-fMRI only assess functional connectivity, ignoring the spatiotemporal dependency mining of rs-fMRI. In addition, it is difficult to increase diagnosis accuracy due to the shortage of rs-fMRI sample and the poor anti-noise ability of model. To deal with these problems, this paper proposes a novel approach for the automatic diagnosis of AD, namely spatiotemporal graph transformer network (STGTN). The proposed STGTN can effectively extract spatiotemporal features of rs-fMRI. Furthermore, to solve the sample-limited problem and to improve the anti-noise ability of the proposed model, an adversarial training strategy is adopted for the proposed STGTN to generate adversarial examples (AEs) and augment training samples with AEs. Experimental results indicate that the proposed model achieves the classification accuracy of 92.58%, and 85.27% with the adversarial training strategy for AD vs. normal control (NC), early mild cognitive impairment (eMCI) vs. late mild cognitive impairment (lMCI) respectively, outperforming the state-of-the-art methods. Besides, the spatial attention coefficients reflected from the designed model reveal the importance of brain connections under different classification tasks.
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