60 Precision Medicine in Developmental Pediatrics: Image-based Classification of Children with Autism Spectrum Disorder using Deep Learning
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Introduction/Background Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder resulting in challenges with social communication, sensory differences, and repetitive and restricted patterns of behavior. ASD affects approximately 1 in 66 children in North America, with boys being affected four times more frequently than girls. Currently, diagnosis is made primarily based on clinical features and no robust biomarker for ASD diagnosis has been identified. Potential image-based biomarkers to aid ASD diagnosis may include structural properties of deep gray matter regions in the brain. Objectives The primary objective of this work was to investigate if children with ASD show micro- and macrostructural alterations in deep gray matter structures compared to neurotypical children, and if these biomarkers can be used for an automatic ASD classification using deep learning. Design/Methods Quantitative apparent diffusion coefficient (ADC) magnetic resonance imaging data was obtained from 23 boys with ASD ages 0.8 – 19.6 years (mean 7.6 years) and 39 neurotypical boys ages 0.3 – 17.75 years (mean 7.6 years). An atlas-based method was used for volumetric analysis and extraction of median ADC values for each subject within the cerebral cortex, hippocampus, thalamus, caudate, putamen, globus pallidus, amygdala, and nucleus accumbens. The extracted quantitative regional volumetric and median ADC values were then used for the development and evaluation of an automatic classification method using an artificial neural network. Results The classification model was evaluated using 10-fold cross validation resulting in an overall accuracy of 76%, which is considerably better than chance level (62%). Specifically, 33 neurotypical boys were correctly classified, whereas 6 neurotypical boys were incorrectly classified. For the ASD group, 14 boys were correctly classified, while 9 boys were incorrectly classified. This translates to a precision of 70% for the children with ASD and 79% for neurotypical boys. Conclusion To the best of our knowledge, this is the first method to classify children with ASD using micro- and macrostructural properties of deep gray matter structures in the brain. The first results of the proposed deep learning method to identify children with ASD using image-based biomarkers are promising and could serve as the platform to create a more accurate and robust deep learning model for clinical application.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».