Convolutional Neural Networks-Based Framework for Early Identification of Dementia Using MRI of Brain Asymmetry

卷积神经网络 计算机科学 人工智能 神经影像学 模式识别(心理学) 痴呆 支持向量机 Softmax函数 深度学习 线性判别分析 预处理器 机器学习 医学 病理 疾病 心理学 神经科学
作者
Nitsa J. Herzog,George D. Magoulas
出处
期刊:International Journal of Neural Systems [World Scientific]
卷期号:32 (12) 被引量:11
标识
DOI:10.1142/s0129065722500538
摘要

Computer-aided diagnosis of health problems and pathological conditions has become a substantial part of medical, biomedical, and computer science research. This paper focuses on the diagnosis of early and progressive dementia, building on the potential of deep learning (DL) models. The proposed computational framework exploits a magnetic resonance imaging (MRI) brain asymmetry biomarker, which has been associated with early dementia, and employs DL architectures for MRI image classification. Identification of early dementia is accomplished by an eight-layered convolutional neural network (CNN) as well as transfer learning of pretrained CNNs from ImageNet. Different instantiations of the proposed CNN architecture are tested. These are equipped with Softmax, support vector machine (SVM), linear discriminant (LD), or [Formula: see text] -nearest neighbor (KNN) classification layers, assembled as a separate classification module, which are attached to the core CNN architecture. The initial imaging data were obtained from the MRI directory of the Alzheimer's disease neuroimaging initiative 3 (ADNI3) database. The independent testing dataset was created using image preprocessing and segmentation algorithms applied to unseen patients' imaging data. The proposed approach demonstrates a 90.12% accuracy in distinguishing patients who are cognitively normal subjects from those who have Alzheimer's disease (AD), and an 86.40% accuracy in detecting early mild cognitive impairment (EMCI).

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