Neuroimaging of large populations is valuable to identify factors that promote or resist brain disease, and to assist diagnosis, subtyping, and prognosis. Data-driven models such as convolutional neural networks (CNNs) have increasingly been applied to brain images to perform diagnostic and prognostic tasks by learning robust features. Vision transformers (ViT) - a new class of deep learning architectures - have emerged in recent years as an alternative to CNNs for several computer vision applications. Here we tested variants of the ViT architecture for a range of desired neuroimaging downstream tasks based on difficulty, in this case for sex and Alzheimer's disease (AD) classification based on 3D brain MRI. In our experiments, two vision transformer architecture variants achieved an AUC of 0.987 for sex and 0.892 for AD classification, respectively. We independently evaluated our models on data from two benchmark AD datasets. We achieved a performance boost of 5% and 9-10% upon fine-tuning vision transformer models pre-trained on synthetic (generated by a latent diffusion model) and real MRI scans, respectively. Our main contributions include testing the effects of different ViT training strategies including pre-training, data augmentation and learning rate warm-ups followed by annealing, as pertaining to the neuroimaging domain. These techniques are essential for training ViT-like models for neuroimaging applications where training data is usually limited. We also analyzed the effect of the amount of training data utilized on the test-time performance of the ViT via data-model scaling curves.


翻译:大规模人群的神经影像对于识别促进或抵御脑部疾病的因素,以及辅助诊断、亚型分类和预后评估具有重要价值。基于数据驱动的模型(如卷积神经网络)已越来越多地应用于脑部影像分析,通过学习鲁棒特征执行诊断和预后任务。视觉Transformer——一类新型深度学习架构——近年来作为卷积神经网络的替代方案,已在多项计算机视觉应用中崭露头角。本研究基于任务难度,针对多种神经影像下游任务测试了ViT架构的变体,具体场景为基于三维脑部MRI进行性别分类和阿尔茨海默病分类。实验中,两种视觉Transformer架构变体在性别分类中AUC达到0.987,在阿尔茨海默病分类中AUC达到0.892。我们在两个基准AD数据集上独立评估了模型性能。通过微调分别在合成MRI(由潜在扩散模型生成)和真实MRI扫描上预训练的视觉Transformer模型,性能分别提升了5%和9-10%。主要贡献包括测试了不同ViT训练策略(如预训练、数据增强、学习率预热身及退火)在神经影像领域的效果。这些技术对于训练神经影像应用中的ViT类模型至关重要(因为此类领域训练数据通常有限)。此外,我们通过数据-模型缩放曲线分析了训练数据量对ViT测试性能的影响。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月4日
Arxiv
34+阅读 · 2022年2月15日
3D Deep Learning on Medical Images: A Review
Arxiv
13+阅读 · 2020年4月1日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员