طراحی یک مدل مبتنی بر یادگیری عمیق برای طبقه‌بندی بیماری آلزایمر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی فناوری اطلاعات، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه خواجه نصیرالدین
2 دانشیار، گروه فناوری اطلاعات، دانشکده صنایع، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
بیماری آلزایمر به عنوان شایع‌ترین علت زوال عقل، یک بحران رو به رشد در بهداشت جهانی است. تشخیص دقیق و به‌موقع این بیماری، به‌ویژه در مراحل اولیه، نقشی حیاتی در مدیریت علائم و بهبود کیفیت زندگی بیماران دارد. در سال‌های اخیر، الگوریتم‌های یادگیری ماشین، یادگیری عمیق و به‌طور خاص شبکه‌های عصبی پیچشی، پتانسیل بالایی برای تحلیل خودکار تصاویر عصبی با دقت بالا از خود نشان داده‌اند. با این حال، اعتبار بسیاری از مطالعات پیشین به دلیل خطای نشت داده مورد تردید قرار می‌گیرد. این پژوهش با هدف غلبه بر این چالش، یک چارچوب یادگیری عمیق معتبر و کارآمد برای طبقه‌بندی گروه بیماری آلزایمر از افراد سالم با استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی ساختاری از مجموعه داده طرح تصویربرداری عصبی بیماری آلزایمر ارائه می‌کند. نوآوری اصلی این تحقیق در طراحی یک معماری اختصاصی است. این معماری به جای استفاده از مدل‌های از پیش‌آموزش‌دیده، از پایه طراحی شده است که با استفاده از کانولوشن‌های جداپذیر عمقی، توازنی بهینه بین کارایی محاسباتی و قدرت استخراج ویژگی برقرار می‌کند. برای اعتبار نتایج، این پژوهش از بروز هرگونه نشت اطلاعات جلوگیری کرده است. ارزیابی مدل نهایی بر روی مجموعه داده آزمون، عملکرد بسیار خوبی را از خود نشان داد و به دقت 95.12٪ و سطح زیر منحنی مشخصه عملکرد گیرنده معادل ۰.94 دست یافت. این نتایج نشان می‌دهد که یک معماری هدفمند و روش‌شناسی معتبر می‌تواند به ابزاری قابل اطمینان برای کمک به تشخیص زودهنگام بیماری آلزایمر تبدیل شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Introducing a Deep Learning-Based Model for Classification of Alzheimer’s Disease

نویسندگان English

Zahra Aghaziarati 1
Monireh Hosseini 2
1 M.Sc. Student, Department of Information Technology Engineering, Faculty of Industrial Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Associate Prof., Department of Information Technology, Faculty of Industry, K.N. Toosi Universityof Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Alzheimer's disease, the most common cause of dementia, is a growing global health concern. Accurate and timely diagnosis of this disease, especially in the early stages, plays an important role in managing symptoms and improving the quality of life of patients. In recent years, machine learning algorithms, deep learning, and in particular convolutional neural networks, have shown great potential for automated analysis of neuroimaging with high accuracy. However, the validity of many previous studies has been questioned due to data leakage errors. Aiming to overcome the challenge of data leakage, this study presents a valid and efficient deep learning framework for distinguishing patients with Alzheimer's disease from control subjects using structural magnetic resonance images from ADNI dataset. The main innovation of this study is the design of a dedicated architecture. Instead of using pre-trained models, this architecture is designed from the ground up, using depthwise separable convolutions to strike an optimal balance between computational efficiency and feature extraction power. To validate the results, this research has avoided any data leakage. Evaluation of the final model on the test dataset showed excellent performance, achieving 95.12% accuracy and an area under the ROC curve of 0.94. These results indicate that a carefully designed architecture and a valid methodology can become a robust and reliable tool to aid in the early diagnosis of Alzheimer's disease.

کلیدواژه‌ها English

Alzheimer&rsquo
s Disease, Classification, Deep Learning, Convolutional Neural Networks, Magnetic Resonance Imaging

  • تاریخ دریافت 14 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 31 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 03 تیر 1405