Multiclass prediction of Alzheimer’s disease using balanced multimodal data and deep ensemble learning
Notice bibliographique
Résumé
Discerning Alzheimer disease (AD) in its early stages, before the clinical symptoms, can help mitigate its progression and slow down the brain tissue damage through appropriate treatment. In this regard, a computer-aided diagnosis (CAD) system can be useful in the neurologist toolbox, as it may help make a timely diagnosis and optimize the treatment of Alzheimer’s patients. Over the past decade, researchers have vested a lot of efforts on deep learning (DL) techniques for AD diagnosis, but few contributions have exploited the benefit of ensemble classification (EC) in DL. Despite the advances, the scientific community is still looking for reliable and robust approaches to identify early stages of AD. The paper aims to propose a complete CAD system that takes into account heterogeneous and unbalanced datasets to generate a robust classifier of AD stages. An original approach is presented at the end of the deep ensemble cooperation to predict AD and which allows managing the effect of class imbalance. Well-known convolutional neural network models (CNNs) are used as feature extractors with evolutionary-based hyper-parametric optimization to find the adequate architecture and enhanced momentum based optimizer to compile the CNNs. EC techniques are used as classifiers to reduce the probability of selecting a bad classifier among the basic models using an original weighted probability criterion. The ensemble classifiers integrated an original resampling strategy to rebalance the distribution of classes which enhanced performance of the minority class. The efficiency of the CAD system is evaluated on multimodal fusion data from the public OASIS and ADNI datasets, using 5-fold cross validation and nine confusion matrix-based metrics. The obtained success rate is encouraging when compared with state-of-the-art machine learning models, with all the implemented deep EC models showing acceptable performance. The experience has shown sensitivity rates of (94.05, 82.1, 96) % for Healthy control (HC), Mild cognitive impairment and AD stages of ADNI dataset, and (97.35, 85.35, 90.05, 93.92, 94.4) % for HC, Very mild and Mild impairment as well as Moderate and Severe dementia stages of OASIS dataset. Overall accuracy rates of (95, 99.1) % and (94.7, 98.2) % are obtained for multi-class and binary classification of ADNI and OASIS datasets respectively. The performance results of the test data are more precise and reliable and are superior than most of the reviewed state-of-the-art works. Moreover, the CAD system maintains good performance using an external ABIL dataset with an accuracy of 97.02% which reflect a generalization capability of the proposed approach justifying its adoption in real-world clinical contexts.
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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 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».