面向阿尔茨海默病诊断与进展预测的泄漏控制多模态学习
英文标题:Leakage-Controlled Multimodal Learning for Diagnosis and Progression Prediction in Alzheimer's Disease Research
这项研究提出了一个用于阿尔茨海默病诊断和疾病进展预测的多模态多任务框架,结合 MRI 编码器、临床 Transformer、共享融合层以及任务特异性 ODE-GRU 动态建模。研究在来自 ADNI、OASIS-2 和 MIRIAD 的 2,649 名受试者、17,317 次随访数据上进行内部验证,混合模型在诊断、阶段1进展和首次阶段1访视进展任务上的 AUROC 分别达到 0.951、0.909 和 0.896。该框架通过任务损失鲁棒优化、群组 CVaR、按受试者分组的数据划分和因果性检查,尝试降低数据泄漏风险并改善不同队列及共病亚组的表现。外部 OASIS-3 验证显示,混合模型诊断 AUROC 为 0.767,且诊断校准误差从 0.197 降至 0.052,表明该方法对纵向临床预测和缺失模态处理具有潜在应用价值。
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中文
[提交于 2026 年 10 月 7 日]
标题:面向阿尔茨海默病诊断与进展预测的泄漏控制多模态学习
查看 Akeem Temitope Otapo 及其他 3 位作者所著论文《面向阿尔茨海默病诊断与进展预测的泄漏控制多模态学习》的 PDF。
摘要:阿尔茨海默病预测面临随访时间不规律、测量数据异质以及模态不完整等问题。本研究提出一个多模态多任务框架,结合经适配的 SFCN MRI 编码器、四个因果临床 Transformer、共享融合机制和任务特异性 ODE-GRU 动态模型。研究通过微调和 LoRA 适配 MRI 模型的最后两个模块;Task-DRO 用于平衡各任务损失,Group-CVaR 则面向队列和共病分层进行优化。分支特异性输入控制、按受试者分组的数据划分以及经验性因果检查共同支持纵向评估。在来自 ADNI、OASIS-2 和 MIRIAD 的 2,649 名受试者、17,317 次访视数据上,内部验证得到诊断、阶段1进展和首次阶段1访视进展的 AUROC 分别为 0.935 +/- 0.002、0.884 +/- 0.003 和 0.870 +/- 0.005(3 个随机种子的均值 +/- 标准差)。对应的混合模型 AUROC 分别为 0.951、0.909 和 0.896。下一次访视 MMSE 的平均绝对误差(MAE)为 1.61 分;最差分层的诊断 AUROC 为 0.827 +/- 0.008。对 ADNI 抽样样本的解释结果识别出任务特异性的输入依赖关系。OASIS-3 外部验证中,网络模型和混合模型的诊断 AUROC 分别为 0.763 和 0.767,混合模型的下一次访视进展 AUROC 为 0.764,诊断校准误差从 0.197 降至 0.052,下一次访视 MMSE 的 MAE 为 0.86。针对六个组件进行的 seed-42 配对消融实验显示,汇总诊断和进展 AUROC 的差异介于 -0.004 至 +0.004 之间;移除临床编码器输入会使诊断 AUROC 降低 0.272。该框架在统一流程中整合了纵向预测、缺失模态处理、辅助共病建模和亚组评估。
提交历史
来自:Akeem Temitope Otapo [
]
[v1]
2026 年 10 月 7 日,周三,15:38:18 UTC(5,831 KB)
English / 原文
[Submitted on 7 Oct 2026]
Title:Leakage-Controlled Multimodal Learning for Diagnosis and Progression Prediction in Alzheimer's Disease Research
View a PDF of the paper titled Leakage-Controlled Multimodal Learning for Diagnosis and Progression Prediction in Alzheimer's Disease Research, by Akeem Temitope Otapo and 3 other authors
Abstract:Alzheimer's disease prediction involves irregular visits, heterogeneous measurements and incomplete modalities. This study presents a multimodal multitask framework combining an adapted SFCN MRI encoder, four causal clinical Transformers, shared fusion and task-specific ODE-GRU dynamics. Fine-tuning and LoRA adapt the final two MRI blocks. Task-DRO balances task losses, while Group-CVaR targets cohort and comorbidity strata. Branch-specific input controls, subject-grouped partitions and empirical causality checks support longitudinal evaluation. Across 2,649 subjects and 17,317 visits from ADNI, OASIS-2 and MIRIAD, internal validation yields diagnosis, stage-1 progression and first-stage-1-visit progression AUROCs of 0.935 +/- 0.002, 0.884 +/- 0.003 and 0.870 +/- 0.005, respectively (mean +/- SD across three seeds). Corresponding hybrid AUROCs are 0.951, 0.909 and 0.896. Next-visit MMSE mean absolute error (MAE) is 1.61 points; worst-stratum diagnosis AUROC is 0.827 +/- 0.008. Sampled ADNI explanations identify task-specific input dependence. OASIS-3 external validation yields network and hybrid diagnosis AUROCs of 0.763 and 0.767, hybrid next-visit progression AUROC of 0.764, diagnosis calibration error decreasing from 0.197 to 0.052, and next-visit MMSE MAE of 0.86. Seed-42 paired ablations of six components yield pooled diagnosis and progression AUROC differences between -0.004 and +0.004; removing clinical encoder inputs lowers diagnosis AUROC by 0.272. The framework integrates longitudinal prediction, missing-modality handling, auxiliary comorbidity modelling and subgroup evaluation within a common pipeline.
Submission history
From: Akeem Temitope Otapo [
]
[v1]
Wed, 7 Oct 2026 15:38:18 UTC (5,831 KB)