Ensemble of 3D densely connected convolutional network for diagnosis of mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease

痴呆 计算机科学 认知障碍 磁共振成像 人工智能 卷积神经网络 集成学习 深度学习 疾病 认知 机器学习 模式识别(心理学) 神经科学 医学 病理 放射科 心理学
作者
Hongfei Wang,Yanyan Shen,Shuqiang Wang,Tengfei Xiao,Liming Deng,Xiangyu Wang,Xinyan Zhao
出处
期刊:Neurocomputing [Elsevier BV]
卷期号:333: 145-156 被引量:218
标识
DOI:10.1016/j.neucom.2018.12.018
摘要

Automatic diagnosis of Alzheimer’s disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI) from 3D brain magnetic resonance (MR) images play an important role in the early treatment of dementia disease. Deep learning architectures can extract potential features of dementia disease and capture brain anatomical changes from MRI scans. Given the high dimension and complex features of the 3D medical images, computer-aided diagnosis is still confronted with challenges. Firstly, compared with the number of learnable parameters, the number of training samples is very limited, which can cause overfitting problems. Secondly, the deepening of the network layer makes gradient information gradually weaken and even disappears in the process of transmission, resulting in mode collapse. This chapter proposed an ensemble of 3D densely connected convolutional networks for AD and MCI diagnosis from 3D MRIs. Dense connections were introduced to maximize the information flow, where each layer connects with all subsequent layers directly. Bottleneck layers and transition layers are also employed to reduce parameters and lead to more compact models. Then the probability-based fusion method was employed to combine 3D-DenseNets with different architectures. Extensive experiments were conducted to analyze the performance of 3D-DenseNet with different hyperparameters and architectures. Superior performance of the proposed model was demonstrated on ADNI dataset.

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