Improving brain age prediction with anatomical feature attention-enhanced 3D-CNN

深度学习 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 背景(考古学) 特征工程 特征(语言学) 特征提取 机器学习 神经影像学 模式识别(心理学) 突出 神经科学 心理学 古生物学 哲学 生物 语言学
作者
Yu Zhang,Rui Xie,Iman Beheshti,Xia Liu,Guowei Zheng,Yin Wang,Zhenwen Zhang,Weihao Zheng,Zhijun Yao,Bin Hu
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:169: 107873-107873 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2023.107873
摘要

Currently, significant progress has been made in predicting brain age from structural Magnetic Resonance Imaging (sMRI) data using deep learning techniques. However, despite the valuable structural information they contain, the traditional engineering features known as anatomical features have been largely overlooked in this context. To address this issue, we propose an attention-based network design that integrates anatomical and deep convolutional features, leveraging an anatomical feature attention (AFA) module to effectively capture salient anatomical features. In addition, we introduce a fully convolutional network, which simplifies the extraction of deep convolutional features and overcomes the high computational memory requirements associated with deep learning. Our approach outperforms several widely-used models on eight publicly available datasets (n = 2501), with a mean absolute error (MAE) of 2.20 years in predicting brain age. Comparisons with deep learning models lacking the AFA module demonstrate that our fusion model effectively improves overall performance. These findings provide a promising approach for combining anatomical and deep convolutional features from sMRI data to predict brain age, with potential applications in clinical diagnosis and treatment, particularly for populations with age-related cognitive decline or neurological disorders.
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