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研究方法

  本研究採用臺灣老化與精神疾病隊列(Taiwan Aging and Mental Illness Cohort, TAMI)的腦部 MRI 影像資料集,該資料集由臺北榮總與陽明交通大學合作建置,主要收錄高齡精神疾病患者與正常對照組的結構性磁振造影(sMRI)數據。資料格式以 .mgz(FreeSurfer 輸出格式) 為主,包含 3D 腦部影像,並搭配 Excel 表格記錄詳細標註資訊,如年齡、性別、臨床診斷(例如思覺失調症),以及各腦區的體積、灰質/白質強度等量化數據。

使用兩種影像,分別是

涵蓋完整頭部的影像 001.mgz ,以及去除顱骨後的大腦影像 brain.mgz

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3D EfficientNet

3D EfficientNet 使用複合縮放方法來擴展網路維度,以固定比例來均勻縮放寬度、深度和解析度。可用於處理有體積和時間維度的資料,具有較高的效能和準確度。圖四為 3D EfficientNet 架構圖。3D convolution layer(3D 卷積層)和 3D pooling layer(3D 池化層)降低特徵圖的空間尺度,並提取 MRI 影像中的特徵,接著由五個 3D MBConv 區塊處理特徵圖,最後再連接卷積層和全連接層。

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CBAM

  通道空間注意力機制(Convolutional Block Attention Module, CBAM)用於提升模型對於影像特徵的識別能力,是由通道注意力模組(Channel Attention Module, CAM)和空間注意力模組(Spatial Attention Module, SAM)所組成。道通注意力模組透過 Max Pooling 和 Average Pooling 得到兩個不同空間的表徵向量,再使用 MLP 進行降維,最後將兩個特徵向量相加並經過 Sigmoid 得到最後的通道域注意力向量。空間注意力模組則是透過 Max Pooling 和 Average Pooling 得到兩個不同的空間的特徵圖,將兩個疊加在一起並經過 Conv Layer 和 sigmoid 激發函數,最後得到空間注意力特徵圖。

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Grad-CAM

  Grad-CAM(Gradient-weighted Class Activation Mapping)是一種深度學習模型的可解釋性方法,主要透過分析輸出類別相對於卷積層特徵圖的梯度,計算各特徵圖的重要程度,進而產生類別權重的活化熱力圖。

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元智大學資訊管理學系  |   第三十屆專題專題製作 ZD1 

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