Evaluación de un modelo de aprendizaje automático basado en redes neuronales para el diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer
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Date
2025-02
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología. Carrera de Biotecnología
Abstract
Alzheimer's disease, as the leading cause of dementia, poses a critical challenge in its early detection, where timely interventions can delay its progression. This issue is addressed by evaluating deep learning models based on neural networks to classify magnetic resonance imaging (MRI) scans into different stages of the disease using data from the OASIS and ADNI databases. The importance lies in the need for precise and automated tools to improve early diagnosis, particularly in stages such as mild cognitive impairment. The methodology included constructing a dataset from preprocessed images and applying it to the EfficientNet B7 and ResNet50 architectures. These were trained with advanced techniques such as data augmentation and validated across scenarios involving controlled data, modified images, and new data. Performance metrics such as precision, recall, specificity, F1-score, and ROC-AUC curves were analyzed. The results showed that the EfficientNet B7 architecture outperformed ResNet50 in precision, sensitivity, and specificity, especially in classifying early stages of Alzheimer's disease. EfficientNet B7 demonstrated greater generalization ability, achieving high precision with preprocessed and new images, while ResNet50 showed limitations when working with heterogeneous data. This highlights the importance of modern architectures in solving complex problems like early Alzheimer’s detection, although it also evidences that relying solely on controlled datasets like OASIS and ADNI may limit applicability in real clinical scenarios.
Description
La detección temprana del Alzheimer representa un desafío crítico, la intervención oportuna puede retrasar significativamente su progresión. Este estudio aborda dicha problemática mediante la evaluación de modelos de aprendizaje profundo basados en redes neuronales para clasificar imágenes de resonancia magnética en distintas etapas de la enfermedad, utilizando datos provenientes de las bases OASIS y ADNI. La relevancia del trabajo radica en la necesidad de desarrollar herramientas precisas y automatizadas que faciliten el diagnóstico temprano, particularmente en fases iniciales como el deterioro cognitivo leve. La metodología consistió en construir un conjunto de datos a partir de imágenes preprocesadas e implementar las arquitecturas EfficientNet B7 y ResNet50. Estas fueron entrenadas empleando técnicas, como el aumento de datos y validadas en varios escenarios, incluidos datos controlados, imágenes modificadas y datos no vistos previamente. Se analizaron métricas clave como precisión, sensibilidad, especificidad, F1-score y curva ROC-AUC. Los resultados mostraron que EfficientNet B7 superó a ResNet50 en precisión, sensibilidad y especificidad, destacándose especialmente en la clasificación de etapas tempranas del Alzheimer. Además, EfficientNet B7 mostró una mayor capacidad de generalización, alcanzando un alto nivel de precisión tanto con datos preprocesados como con imágenes nuevas. En contraste, ResNet50 presentó limitaciones al trabajar con datos heterogéneos. Este estudio subraya la importancia de emplear arquitecturas modernas para abordar problemas complejos, como la detección temprana del Alzheimer. Sin embargo, pone de manifiesto las limitaciones de utilizar bases de datos controladas, como OASIS y ADNI, dado que estas pueden restringir la aplicabilidad de los modelos en escenarios clínicos reales.
Keywords
BIOINFORMÁTICA, APRENDIZAJE AUTOMÁTICO, MACHINE LEARNING, DEEP LEARNING, IMÁGENES DE RESONANCIA MAGNÉTICA, DETERIORO COGNITIVO, ENFERMEDAD DE ALZHEIMER, EFFICIENTNET-B7, RESNET