关键词:
深度学习
人工智能
阿尔兹海默症
轻度认知障碍
核磁共振成像
摘要:
目前诊断阿尔兹海默症(Alzheimer's Disease,AD)的主要手段是通过结构磁共振成像(structural Magnetic Resonance Imaging,sMRI)实现的,现有基于深度学习的AD诊断主要利用2D(将3D sMRI转2D切片)或者3D的卷积神经网络,不能很好地捕获3D sMRI全局特征,为此本文提出改进Swin Transformer实现3D块划分提取全局特征,构建Transformer预测分类模型。又根据现有阿尔兹海默患者发生萎缩的区域对尺寸的变换很敏感,而且现有深度学习模型在病灶区域定位方面能力不强的问题,提出自适应特征提取模块(Adaptive Feature Extraction Module,AFEM),实现了可变形自适应特征提取,对基础3D Transformer模型进行扩展,构建AFEM-Transformer深度学习模型,进一步提升模型特征学习能力,实现自适应的定位病理区域的具体位置,用以辅助临床诊断,实现阿尔兹海默病情分类和预测。本文选择阿尔茨海默症神经影像学计划(Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)提供的2248名受试者sMRI影像作为实验数据集。在阿尔兹海默诊断任务和轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)进展预测任务中将提出的AFEM-Transformer模型与现有基于卷积神经网络的模型和基础Transformer模型进行分析比较,评估该模型的价值。结果表明本文提出的AFEM-Transformer模型在两个任务上的准确率、敏感度、特异性、AUC(Area Under Curve)值的实验结果相较于基础和卷积神经网络模型和Transformer模型性能提升明显,证实了所提出的AFEM模块的有效性。本文提出的AFEM-Transformer深度学习模型能够准确诊断阿尔兹海默症和预测MCI的进展,并可自动定位出病灶区域,可以作为阿尔兹海默症临床诊断中一个有效的计算机辅助方法。