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Enregistrement W4366134159 · doi:10.1016/j.nicl.2023.103405

Explainable classification of Parkinson’s disease using deep learning trained on a large multi-center database of T1-weighted MRI datasets

2023· article· en· W4366134159 sur OpenAlexafffund
Milton Camacho, Matthias Wilms, Pauline Mouchès, Hannes Almgren, Raissa Souza, Richard Camicioli, Zahinoor Ismail, Oury Monchi, Nils D. Forkert

Notice bibliographique

RevueNeuroImage Clinical · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueParkinson's Disease Mechanisms and Treatments
Établissements canadiensInstitut Universitaire de Gériatrie de MontréalHotchkiss Brain InstituteWomen and Children’s Health Research InstituteOntario Brain InstituteAlberta Children's HospitalUniversité de MontréalUniversity of AlbertaUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesNational Institute on AgingCanadian Institutes of Health ResearchNational Institutes of HealthCanada Research ChairsNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringCalgary FoundationConsortium canadien en neurodégénérescence associée au vieillissementCanadian Open Neuroscience PlatformNational Center for Advancing Translational SciencesMichael J. Fox Foundation for Parkinson's Research
Mots-clésArtificial intelligenceConvolutional neural networkComputer scienceTest setPattern recognition (psychology)Magnetic resonance imagingDeep learningMachine learningMedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

INTRODUCTION: Parkinson's disease (PD) is a severe neurodegenerative disease that affects millions of people. Early diagnosis is important to facilitate prompt interventions to slow down disease progression. However, accurate PD diagnosis can be challenging, especially in the early disease stages. The aim of this work was to develop and evaluate a robust explainable deep learning model for PD classification trained from one of the largest collections of T1-weighted magnetic resonance imaging datasets. MATERIALS AND METHODS: A total of 2,041 T1-weighted MRI datasets from 13 different studies were collected, including 1,024 datasets from PD patients and 1,017 datasets from age- and sex-matched healthy controls (HC). The datasets were skull stripped, resampled to isotropic resolution, bias field corrected, and non-linearly registered to the MNI PD25 atlas. The Jacobian maps derived from the deformation fields together with basic clinical parameters were used to train a state-of-the-art convolutional neural network (CNN) to classify PD and HC subjects. Saliency maps were generated to display the brain regions contributing the most to the classification task as a means of explainable artificial intelligence. RESULTS: The CNN model was trained using an 85%/5%/10% train/validation/test split stratified by diagnosis, sex, and study. The model achieved an accuracy of 79.3%, precision of 80.2%, specificity of 81.3%, sensitivity of 77.7%, and AUC-ROC of 0.87 on the test set while performing similarly on an independent test set. Saliency maps computed for the test set data highlighted frontotemporal regions, the orbital-frontal cortex, and multiple deep gray matter structures as most important. CONCLUSION: The developed CNN model, trained on a large heterogenous database, was able to differentiate PD patients from HC subjects with high accuracy with clinically feasible classification explanations. Future research should aim to investigate the combination of multiple imaging modalities with deep learning and on validating these results in a prospective trial as a clinical decision support system.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,030

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,129
Tête enseignante GPT0,399
Écart entre enseignants0,270 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations74
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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