Differential diagnosis of frontotemporal dementia subtypes with explainable deep learning on structural MRI
Notice bibliographique
Résumé
Background: Frontotemporal dementia (FTD) represents a collection of neurobehavioral and neurocognitive syndromes that are associated with a significant degree of clinical, pathological, and genetic heterogeneity. Such heterogeneity hinders the identification of effective biomarkers, preventing effective targeted recruitment of participants in clinical trials for developing potential interventions and treatments. In the present study, we aim to automatically differentiate patients with three clinical phenotypes of FTD, behavioral-variant FTD (bvFTD), semantic variant PPA (svPPA), and nonfluent variant PPA (nfvPPA), based on their structural MRI by training a deep neural network (DNN). Methods: Data from 277 FTD patients (173 bvFTD, 63 nfvPPA, and 41 svPPA) recruited from two multi-site neuroimaging datasets: the Frontotemporal Lobar Degeneration Neuroimaging Initiative and the ARTFL-LEFFTDS Longitudinal Frontotemporal Lobar Degeneration databases. Raw T1-weighted MRI data were preprocessed and parcellated into patch-based ROIs, with cortical thickness and volume features extracted and harmonized to control the confounding effects of sex, age, total intracranial volume, cohort, and scanner difference. A multi-type parallel feature embedding framework was trained to classify three FTD subtypes with a weighted cross-entropy loss function used to account for unbalanced sample sizes. Feature visualization was achieved through post-hoc analysis using an integrated gradient approach. Results: The proposed differential diagnosis framework achieved a mean balanced accuracy of 0.80 for bvFTD, 0.82 for nfvPPA, 0.89 for svPPA, and an overall balanced accuracy of 0.84. Feature importance maps showed more localized differential patterns among different FTD subtypes compared to groupwise statistical mapping. Conclusion: In this study, we demonstrated the efficiency and effectiveness of using explainable deep-learning-based parallel feature embedding and visualization framework on MRI-derived multi-type structural patterns to differentiate three clinically defined subphenotypes of FTD: bvFTD, nfvPPA, and svPPA, which could help with the identification of at-risk populations for early and precise diagnosis for intervention planning.
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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 | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».