T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   2 A p r il   20 26 ,   p p .   536 ~ 548   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 2 . 27576           536       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   A co m pa ra tive M RI - ba sed stu dy  of  ResNe t - 1 5 2  and  no v el deep  lea rning  appro a ches for early   Al z h ei m e r’s d isea se cl a ss ificatio n       K elv in L eo na rdi K o hs a s ih,  O ct a ra   P riba di,  Andy ,   Da niel S m it h S un a rio   D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i c En g i n e e r i n g ,   S T M I K   TI M E,   M e d a n ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   10 2025   R ev i s ed   Dec   11 2 0 2 5   A cc ep ted   J an   30 2 0 2 6       A lzh e i m e r’s  d ise a se   ( A D)  is  th e   lea d in g   c a u se   o f   d e m e n ti a ,   m a k in g   e a rly - sta g e   d e tec ti o n   e ss e n ti a l   f o ti m e l y   in terv e n ti o n .   M o st   p ri o r   stu d ies   h a v e   f o c u se d   o n   b i n a ry   A c las si f ic a ti o n ,   w h ich   li m it se n siti v it y   to   d ise a se   p ro g re ss io n .   T h is  stu d y   a d d re ss e d   th is  g a p   b y   e v a lu a ti n g   w h e th e tailo re d   c o n v o lu ti o n a n e u ra n e tw o rk   ( CNN )   a rc h it e c tu re c o u l d   im p ro v e   sta g e - a wa re   c la ss i f ica ti o n   u sin g   a   p u b l icly   a v a il a b le  m a g n e ti c   re so n a n c e   i m a g in g   ( M RI )   d a tas e c o n tain i n g   3 5 , 9 8 4   im a g e a c ro ss   f o u d iag n o stic   c a teg o ries .   T h e   d a tas e u n d e rw e n g ra y sc a le  c o n v e rsio n ,   re siz in g ,   c o n tras e n h a n c e m e n t,   n o rm a li z a ti o n ,   a n d   c las b a lan c in g   p rio t o   m o d e d e v e lo p m e n t.   F o u m o d e ls  w e r e   train e d   a n d   c o m p a re d Re s Ne t - 1 5 2 ,   a   c u sto m   m u lt icla ss   C NN ,   a   o n e - vs - one   (Ov O)   m o d e l,   a n d   a   o n e - vs - re st   (O v R)   m o d e l.   P e rf o rm a n c e   wa s   m e a su re d   u sin g   a c c u ra c y ,   p re c isi o n ,   re c a ll ,   F 1   sc o re ,   a n d   c o n f u sio n - m a tri x b a se d   m e tri c s.  T h e   c u sto m   m u lt icla ss   CN a c h iev e d   th e   stro n g e st  p e rf o r m a n c e ,   y ield in g   th e   h ig h e s a c c u ra c y   a n d   b a lan c e d   re su l ts  a c ro ss   a ll   e v a lu a ti o n   m e tri c s.  T h e se   f in d in g d e m o n stra te  th e   v a lu e   o f   sy ste m a ti c a ll y   c o m p a rin g   d e c o m p o siti o n   stra te g ies   f o m u lt i - sta g e   A lzh e i m e r’s   d e tec ti o n   a n d   h ig h li g h t   t h e   p o ten ti a l   o f   th e   p r o p o se d   a p p r o a c h   t o   e n h a n c e   e a rl y   d iag n o stic  su p p o rt.   F u tu re   w o r k   m a y   in c o rp o ra te  m u lt im o d a in p u ts  o r   h y b rid   a rc h it e c tu re to   im p ro v e   se n siti v it y   to   su b tl e   stru c t u ra c h a n g e a n d   f u rth e stre n g th e n   c li n ica a p p l ica b il it y .   K ey w o r d s :   C o n v o lu tio n al  n e u r al  n e t w o r k   Dee p   lear n in g   Me d ical  i m a g class if ica tio n   Mu tli - cla s s   clas s i f icatio n   T r an s f er   lear n in g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kelv i n   L eo n ar d i K o h s a s i h   Dep ar t m en t o f   I n f o r m atic s   E n g in ee r i n g ,   ST MI T I ME   Me r b ab u   Stre et,   Me d an   C it y ,   No r th   Su m atr 2 0 2 1 2 ,   I n d o n e s ia     E m ail:  k el v in leo n ar d i@ s t m ik - ti m e. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O   A d v an ce s   in   i n f o r m atio n   tec h n o lo g y   a n d   co m p u ter   s cie n c h av ac ce ler ated   p r o g r ess   in   m ed ical   d ata  p r o ce s s in g   an d   t h ap p licatio n   o f   d ee p   lear n in g   ( D L )   f o r   d iag n o s in g   n e u r o lo g ic al  d is o r d er s   u s in g   n eu r o i m ag in g   tech n iq u es  [ 1 ] ,   [ 2 ] .   A s   DL   tec h n iq u es  h av b ec o m i n te g r ated   in to   n e u r o im ag in g   r esear ch   [ 3 ] th av a ilab ilit y   o f   lar g e,   h i g h - q u alit y   d ata s ets  [ 4 ]   h as  f u r th e r   en ab led   th ea r lier   an d   m o r e   ac cu r ate  d etec tio n   o f   n e u r o d eg en er ati v d is ea s e s .   A lz h ei m er s   d is ea s ( A D)   is   t h m o s co m m o n   ca u s o f   d em en tia,   r esp o n s ib l e   f o r   6 0 8 0 o f   ca s es  a m o n g   o ld er   ad u lts   [ 5 ] .   A is   p r o g r ess i v an d   ir r ev er s ib le  n e u r o d eg en er ati v d is o r d er   lead in g   to   co g n iti v d ec li n an d   ev e n t u al  m o r talit y   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   A p r ese n t,  n o   cu r ati v tr ea t m e n e x is t s ,   a n d   av ailab le  t h er ap ies  s u ch   as  ad u ca n u m ab ,   leca n e m ab ,   an d   d o n an e m ab   h av o n l y   b ee n   s h o w n   to   s lo p r o g r ess io n   w h e n   ad m i n i s ter e d   in   t h ea r l y   p h ase s ,   p ar ticu lar l y   m ild   co g n iti v i m p air m en ( MCI)   o r   e ar l y   MCI  ( E MCI)   [ 2 ] ,   [ 8 ] [ 1 0 ] .   Nev er th e less ,   ea r l y   s y m p to m s   ar n o n s p ec i f ic  an d   o f te n   m is tak e n   f o r   n o r m al  ag in g   [ 1 1 ] ,   s o   d iag n o s i s   i s   f r eq u en tl y   d ela y ed   u n ti t h m o d er ate  o r   s ev er s tag e s ,   w h en   i n ter v e n tio n s   ar les s   ef f ec tiv [ 1 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A   co mp a r a tive  MRI - b a s ed   s tu d o f R esN et - 1 5 2   a n d   n o ve l d e ep   lea r n in g   …  ( K elvin   Leo n a r d i Ko h s a s ih )   537   Ma g n e tic  r eso n a n ce   i m a g i n g   ( MRI)   is   cr u cial  f o r   ex a m i n in g   b r ai n   an a to m y   a n d   d iag n o s i n g   n eu r o lo g ica d is o r d er s .   I h elp s   id en tify   ab n o r m al  r eg i o n s   [ 1 3 ] .   I ts   h ig h   r eso lu ti o n   en ab les  clea r   d if f er e n tiatio n   b et w ee n   g r a y   an d   w h i te  m a tter .   MRI  al s o   r ev ea ls   s tr u ct u r al  alter atio n s   s u ch   a s   h ip p o ca m p al  atr o p h y ,   w id e n ed   s u lci,   an d   v en tr ic u lar   en lar g e m e n t h at  ac co m p a n y   d is ea s p r o g r ess i o n   [ 2 ] ,   [ 1 2 ] ,   [ 1 4 ] T h ese  f ea tu r e s   s u p p o r ac cu r ate  d iag n o s i s   an d   ef f ec t iv d is e ase  m o n ito r in g   [ 1 5 ] .   Desp ite  its   d iag n o s tic  v alu e,   MRI  in ter p r etatio n   r e m ai n s   i n h er e n tl y   s u b j ec tiv a n d   d ep en d en o n   e x p er j u d g m e n t,  w h ic h   i n tr o d u ce s   v ar iab ilit y   an d   p o ten tial  d ia g n o s tic  i n co n s is te n c y   [ 1 2 ] .   T h ese  ch alle n g es  h i g h l ig h a   g r o w in g   n ee d   f o r   au to m ated ,   ar tif icia in telli g e n ce   ( AI ) - s u p p o r ted   an al y s i s   th at  ca n   i m p r o v ac cu r ac y   an d   r e d u ce   o b s er v er   v ar iab ilit y .   DL   s y s te m s   h av d e m o n s tr at ed   in cr ea s in g   ef f ec tiv e n es s   ac r o s s   v ar io u s   r esear ch   d o m ai n s   an d   ar p ar ticu lar l y   u s e f u f o r   an al y zin g   s tr u ctu r al  b r ai n   ch a n g e s   ass o ciate d   w it h   AD  [ 1 6 ] .   DL   al s o   i m p r o v e s   d iag n o s t ic  ef f icien c y   b y   r ed u cin g   ti m e,   co s t,  an d   m a n u al  ef f o r [ 1 7 ] .   Ho w e v er ,   p r i o r   r esear ch   o n   A D   d etec tio n   u s in g   D L   h as  n o y et  ac h ie v ed   o p ti m al  e f f i c ien c y   [ 1 8 ] .   C o m p ar ati v s t u d ies  e v alu a tin g   y o u   o n l y   lo o k   o n ce   ( YOL O )   v ar ia n ts ,   Den s eNe t,  r esid u al  n et w o r k   ( R esNet ) v i s u al  g eo m et r y   g r o u p   ( VGG ) E f f icien tNet,   an d   v i s io n   tr a n s f o r m er s   i n d icate   th at  al th o u g h   h i g h - ca p ac it y   f ea tu r ex tr ac to r s   ac h iev s tr o n g   p er f o r m a n ce   i n   b in ar y   AD  cla s s i f icatio n ,   th e y   o f te n   s tr u g g le   in   m u lt i - s ta g tas k s ,   esp ec iall y   at  MCI   o r   E MCI   lev els  w h er in ter - c lass   d if f er en ce s   ar s u b tle  [ 1 9 ] [ 2 1 ] .   E v en   m o d els  s u c h   as  Den s eNe t - 1 6 9   an d   R esNet - 50  s h o w   r ed u ce d   d is cr i m in at io n   ab ilit y   w h e n   r eq u ir ed   to   d is tin g u i s h   clo s el y   r elate d   Alzh ei m er s   s tag e s   [ 2 2 ] Mu lti m o d al  MRI p o s itro n   em is s io n   to m o g r ap h y   ( P E T )   f u s io n   ap p r o ac h es  h av d e m o n s tr ated   i m p r o v ed   r o b u s tn es s   an d   in ter p r etab ilit y ,   p ar ticu lar ly   w h en   co m b i n ed   w it h   ex p lai n ab ilit y   tech n iq u e s I n   co n tr ast,  th ese   m et h o d s   s till   d o   n o co n s is te n tl y   o u tp er f o r m   o p ti m ized   s i n g le - m o d alit y   C NN s   f o r   m u lt i - clas s   s ta g i n g   ta s k s   [ 2 3 ] .   Ov er all,   r ep o r te d   ac cu r a cies  co m m o n l y   r a n g b et w ee n   7 0 an d   8 6 %,  w it h   m o s s tu d ies  f o c u s i n g   o n   b in ar y   A d etec tio n   r at h er   th an   f i n e - g r ain ed   s ta g i n g   [ 1 9 ] ,   [ 2 2 ] [ 2 5 ] .   T h is   tr en d   h i g h li g h t s   p er s is ten g ap   i n   d ev elo p in g   m o d els ca p ab le  o f   r eliab l y   d if f er en tia tin g   ea r l y   Alzh ei m er s   s ta g es.   T o   a d d r ess   th ese  li m i tatio n s ,   th i s   s t u d y   e v al u ate s   w h et h e r   tailo r ed   co n v o lu tio n al  n eu r al  n et w o r k   ( C NN)   ar ch itect u r es  ca n   i m p r o v f i n e - g r ai n ed ,   s tag e - a w ar A c lass if icatio n ,   a n   ar ea   w h er ex i s ti n g   DL   ap p r o ac h es  r em ai n   li m ited .   U s in g   p u b licl y   a v ailab le  MR I   d ataset  co m p r is i n g   3 5 , 9 8 4   i m ag e s   ac r o s s   f o u r   di ag n o s t ic  ca te g o r ies,  t h d ataset  w as   p r ep r o ce s s ed   u s i n g   g r a y s ca le  co n v er s io n ,   r esizin g ,   co n tr ast   en h a n ce m en t,  n o r m aliza tio n ,   an d   class   b alan ci n g .   T h r ee   d ec o m p o s itio n   s tr ateg ies - m u lticlas s ,   o n e - vs - o n e   ( O v O ) ,   an d   o n e - vs - r e s (O v R ) - w er i m p le m e n ted   alo n g s id R esNet - 1 5 2   tr an s f er - lear n i n g   b aseli n to   en ab le  s y s te m atic  a n d   co n tr o lled   c o m p ar is o n .   T h n o v elt y   o f   t h is   w o r k   lies   in   its   s tr u ctu r ed   ev alu a tio n   o f   t h ese   s tr ateg ie s   o n   lar g an d   b alan ce d   MRI  co r p u s ,   ai m ed   at  i m p r o v in g   s ta g e - s p ec i f ic   s en s i tiv it y   w h ile   m ai n tai n in g   co m p u tatio n al  f e asib ilit y .   I m p r o v in g   clas s i f ica tio n   g r a n u lar it y   i s   clin ica ll y   i m p o r tan b ec au s e   p r o g n o s is ,   r esp o n s to   t h er ap y ,   an d   el ig ib il it y   f o r   d is ea s e - m o d i f y i n g   tr ea t m e n t s   d ep en d   h ea v i l y   o n   ac c u r ate   ea r l y - s ta g d if f er en tiat io n .   T h p r o p o s ed   s tag e - a w ar DL   f r a m e w o r k   th er e f o r o f f er s   e n h an ce d   d iag n o s tic   v alu f o r   s u p p o r tin g   ea r l y   d ete ctio n   o f   AD .       2.   M E T H O   T h is   s tu d y   co m p ar e s   th p er f o r m a n ce   o f   R es Net - 1 5 2 ,   ap p lied   th r o u g h   tr an s f er   lear n i n g ,   w it h   a   cu s to m   D L   m o d el  t h a e m p lo y s   m u lticla s s   d ec o m p o s it io n   s tr ateg ies,  in c lu d i n g   O v an d   O v R ,   f o r   A lz h ei m er s   d etec tio n   f r o m   MRI  s ca n s .   T h m et h o d o lo g y   i s   s tr u ct u r ed   in to   f i v p h as es:  d ata  ac q u is itio n ,   p r ep r o ce s s in g ,   clas s   b alan c in g   an d   d ata s et  p ar titi o n i n g ,   m o d el  ar ch itectu r w i th   tr ain i n g   co n f i g u r atio n ,   an d   m o d el  e v al u atio n   s u p p o r ted   b y   s tati s tical  a n al y s i s ,   as s u m m ar ized   in   Fig u r 1 .           Fig u r 1 .   Me th o d   r esear ch   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   2 A p r il  20 26 5 3 6 - 548   538   2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   T h d ataset  u s ed   in   th is   s tu d y   w a s   o b tain ed   f r o m   th p u b licl y   a v ailab le  Kag g le  A lz h ei m er s   Di s ea s e   MRI  d ataset,   w h ic h   p r o v id es  co m p r eh e n s i v co llectio n   o f   b r ain   MRI  s ca n s   lab eled   ac c o r d in g   to   co g n itiv e   co n d itio n .   As  s h o w n   i n   Fi g u r 2 ,   th d atase i n cl u d e s   f o u r   d iag n o s t ic  ca te g o r ies:   n on - d e m e n ted   ( ND) ,   v er y   m ild   d e m e n ted   ( VM D) ,   m ild   d em e n ted   ( MD ) ,   an d   m o d er ate  d e m en ted   ( Mo d D) .   T h ese  ca teg o r ies  r ep r esen t   p r o g r ess iv le v els  o f   co g n iti v d ec lin e,   r an g i n g   f r o m   n o r m al  co g n iti v f u n ctio n   to   m o r ad v an ce d   d e m en ti s y m p to m s ,   an d   b r o a d ly   co r r esp o n d   to   th ea r ly   to   m o d er ate  s tag es  o f   AD   p r o g r ess io n .   I n   to tal,   th d ataset  co m p r is e s   3 5 , 9 8 4   MRI  i m a g e s ,   d is tr ib u ted   a s   f o llo w s :   9 , 6 0 0   i m a g es  ( 2 8 . 2 %)  f o r   ND,   8 , 9 6 0   i m ag e s   ( 2 6 . 4 %)  f o r   VM D,   8 , 9 6 0   im a g es  ( 2 6 . 4 %)  f o r   MD ,   an d   6 , 4 6 4   im a g es   ( 1 9 . 0 %)  f o r   Mo d D.   A ll  i m ag es  ar p r o v id ed   in   s tan d ar d ized   f o r m at   an d   d i m en s io n ,   m i n i m izi n g   v ar iab i lit y   a n d   en s u r i n g   s ea m le s s   i n teg r at io n   i n to   t h e   p r ep r o ce s s in g   p ip elin e.   T h e   d ataset  w a s   ch o s e n   b ec au s it  is   o p en ly   ac ce s s ib le,   w h ic h   g u ar an tee s   r ep r o d u cib ilit y   a n d   tr an s p ar e n c y .   I also   h as  r elati v el y   b alan ce d   d is tr ib u tio n   ac r o s s   i m p air m e n s tag e s ,   w h ic h   s u p p o r ts   r o b u s m o d el  tr ain i n g   a n d   ev al u atio n .   A d d i tio n all y ,   t h d ataset  o f f er s   h i g h - q u a lit y   lab eli n g ,   en ab lin g   r eliab le  s u p er v i s ed   lear n in g .   I t s   d is tr ib u tio n   ac r o s s   f o u r   d iag n o s tic  ca teg o r ies  f u r th er   allo w s   t h is   s tu d y   to   ad d r ess   co m m o n   c h a llen g es  i n   m ed ical  i m a g i n g   r esear ch ,   i n cl u d in g   cla s s   i m b ala n ce   a n d   in ter - clas s   s i m ilar it y ,   t h r o u g h   tar g eted   p r ep r o ce s s in g   a n d   d ata  au g m e n t atio n   s tr ate g ies .           Fig u r 2 .   R ep r esen tati v MRI  b r ain   s ca n   s a m p les  f r o m   t h d ataset       2 . 2 .     Cla s s   ba la ncing   a nd   da t a s et   pa rt it io nin g   T h e   i n it i a l   d a t as et   e x h i b i t e d   c la s s   im b al an c e ,   w it h   ND   c o n t a in in g   9 , 6 0 0   s am p le s ,   M D   8 , 9 6 0   s am p le s ,   V M D   8 , 9 6 0   s am p l e s ,   an d   M o d D   6 , 4 6 4   s am p l e s ,   w h i ch   c o u ld   b i a s   t h e   m o d e l   t o w a r d   m a jo r i ty   cl a s s es .   I n   th is   a p p r o a c h ,   th e   m a jo r i ty   c la s s   s am p l es   w e r e   r an d o m ly   d i s c a r d ed   u n t il   c l as s   s iz e s   w e r e   e q u a li ze d ,   t h e r e b y   r e d u c in g   b i a s   t o w a r d   d o m i n a n t   c a t eg o r ie s ,   w h i ch   i s   c o n s i s t en t   w it h   th e   f u n d am en t a l   p r in c i p l es   o f   r e - b a l an cin g   m e th o d s   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   A   f ix e d   r an d o m   s e ed   ( 4 2 )   w as   u s e d   t o   e n s u r e   r e p r o d u c i b i li ty .   T h e   b a l a n c e d   d a t a s e t   w a s   s u b s e q u e n t ly   d i v i d e d   in t o   8 0 %   f o r   tr ain in g   a n d   2 0 f o r   test in g   to   s u p p o r t r o b u s m o d el  lear n in g   an d   o b jectiv p er f o r m a n ce   ass es s m en o n   u n s ee n   d ata.   T h class   d is tr ib u tio n   o f   t h d ataset  b ef o r an d   af ter   th r e - b al an cin g   p r o ce d u r is   p r esen ted   in   Fig u r 3 .   Fi g u r 3 ( a)   s h o w s   t h clas s   d is tr i b u tio n   b ef o r t h r e - b ala n ci n g   p r o ce d u r e,   w h ile   Fig u r 3 ( b )   illu s tr ates t h d is tr ib u tio n   a f ter   th r e - b alan ci n g   p r o ce d u r e .       2 . 3   Da t a   prepro ce s s ing   B e f o r e   m o d e l   t r ai n in g ,   a l l   MR I   im ag es   u n d e r w en t   a   s ta n d a r d iz e d   p r e p r o c e s s in g   p i p el in e   c o n s is t in g   o f :     Gr a y s ca le  co n v er s io n   to   r ed u ce   co m p u tatio n a l c o m p lex it y   wh ile  p r eser v i n g   s tr u c tu r al  i n f o r m atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A   co mp a r a tive  MRI - b a s ed   s tu d o f R esN et - 1 5 2   a n d   n o ve l d e ep   lea r n in g   …  ( K elvin   Leo n a r d i Ko h s a s ih )   539     R esizi n g   to   2 2 4 ×2 2 4   p ix els to   en s u r u n i f o r m   in p u t d i m e n s i o n s   f o r   th C NN  m o d el  [ 2 8 ]     C o n tr ast  e n h an ce m e n u s i n g   c o n tr ast  li m ited   ad ap tiv h i s to g r a m   eq u aliza tio n   ( C L A HE )   t o   i m p r o v lo ca co n tr ast an d   h ig h li g h t s u b tle  a n ato m ica l f ea t u r es r ele v an t to   A cla s s i f icat io n   [ 1 8 ] ,   [ 2 9] .     B ilater al  f ilter i n g   to   s u p p r ess   n o is w h ile  p r eser v i n g   ed g d etails.     Min m a x   n o r m aliza tio n   to   s ca le  p ix el  in te n s ities   i n to   t h [ 0 ,   1 ]   r an g f o r   s tab le  n et w o r k   o p ti m izat io n .     B atch w is p r o ce s s i n g   o f   3 0 0   im ag e s   p er   c y cle  to   m ai n tai n   m e m o r y   ef f ic ien c y   d u r i n g   p r ep r o ce s s in g .           ( a)   ( b )     Fig u r 3 .   I n itial a n d   b alan ce d   class   d is tr ib u tio n s   o f   th AD  i m ag d ata s et;   ( a)   i n itial i m b al an ce d   d is tr ib u tio n   an d   ( b )   b alan ce d   d is tr ib u tio n   af ter   u n d er s a m p li n g       2 . 4   M o del a rc hite ct ure  a nd   t ra ini ng   co nfig ura t io n   2 . 4 . 1 .   Resnet   1 5 2   R esNet - 1 5 2   is   d ee p   v ar ian o f   th R esNe t   f a m il y   t h at  ad d r ess es  g r ad ien d eg r ad atio n   in   v er y   d ee p   m o d el s   th r o u g h   r esid u a lear n in g   w it h   id en tit y   s h o r tcu co n n ec tio n s   [ 3 0 ] .   W ith   1 5 2   la y er s   o r g an ized   in to   b o ttlen ec k   b l o ck s ,   it   p r o v i d e s   h i e r a r ch i c a l   f e a tu r e   ex t r ac t i o n   t h at   is   ef f e ct iv e   f o r   d e t ec t in g   s u b t l m o r p h o l o g i ca c h an g es   in   b r a in   MR I   s ca n s   ass o c i a te d   w it h   e a r ly   AD   [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   B ey o n d   i ts   w i d es p r e a d   u s e ,   R es N et - 1 5 2   w a s   s e l e ct e d   i n   th is   s tu d y   b e ca u s r e c e n t   w o r k   o n   d e e p   r es i d u a an d   c o n v o lu ti o n al   a r ch i t e ct u r e s   ap p l i e d   t o   s t r u ct u r al   M R I   h as   s h o w n   th at   v e r y   d ee p   n e t w o r k s   c an   c a p t u r e   d i s t r i b u te d   a n d   f in e - g r a in e d   p a tt e r n s   o f   b r a i n   at r o p h y   t h at   ar cr itical  f o r   ac cu r ate  AD   s t ag in g   [ 3 3 ]   I n   th is   s tu d y ,   R e s N e t - 1 5 2   w as   im p lem en t e d   u s in g   t r an s f e r   l e ar n in g   w ith   p r e t r a in e d   I m ag e N et   w e ig h ts ,   w h e r e   c o n v o lu t i o n a l   l ay e r s   w e r e   f r o z en   t o   p r e s e r v e   g en e r a l   f e atu r e   r e p r e s en t at i o n s   a n d   a   t a s k - s p e c if i c l a s s if ic a t i o n   h e a d   w as   t r ain e d   o n   th e   A l zh e im e r s   d a t as e t   [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] ,   [ 3 4 ] .   T h e   c l a s s if ic a t i o n   h e a d   c o n s i s t e d   o f   a   g l o b a l   a v e r ag e   p o o l in g   l ay e r ,   d e n s e   l ay e r   w i th   1 0 2 4   n eu r o n s   an d   r e c tif i e d   li n e a r   u n i t   ( R eL U )   a c t iv at i o n ,   an d   f in al   d en s e   l ay e r   w it h   f o u r   n eu r o n s   an d   s o f tm ax   a c tiv a t i o n   t o   c l a s s if y   t h e   d i ag n o s t i c a t eg o r ie s .   T h m o d el   w as  t r a in e d   u s i n g   th e   a d a p ti v e   m o m en e s t im a ti o n   ( A d am )   o p t im i z e r   w ith   c at eg o r i c a l   c r o s s - e n t r o p y   l o s s   a n d   a   b a t ch   s i z e   o f   3 2 .   E a r ly   s t o p p in g   w as   a p p l i e d   t o   p r e v en t   o v e r f i tt in g   an d   t o   r e s t o r e   th e   b es t   w eig h t s .   T h i s   c o n f ig u r at i o n   a l ig n s   w ith   es t a b li s h e d   t r an s f e r   l e a r n in g   p r a ct i c es   in   m e d ic a l   im ag e   an aly s is   [ 3 2 ] ,   [ 3 4 ] .     2 . 4 . 2 Cus t o m   cla s s if ier   C NNs  h a v d e m o n s tr ated   s tr o n g   e f f ec tiv e n es s   i n   n e u r o im ag in g   b ec au s th e y   lear n   h ier ar ch ica l   s p atial  f ea tu r es   d ir ec tl y   f r o m   MRI  d ata  [ 2 ] ,   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] .   P r io r   s tu d ies  a ls o   i n d i ca te  t h at  task - s p ec i f ic  C NN   ar ch itect u r es  ar b etter   s u ited   to   ca p tu r d is ea s e - r elate d   m o r p h o lo g ical  p atter n s ,   o f f er i n g   i m p r o v ed   s tab ilit y   an d   in ter p r etab ilit y   i n   m ed ical  i m a g in g   ap p licatio n s   [ 3 7 ] [ 4 0 ] .   I n   th is   s tu d y ,   cu s to m   m u lticla s s   C NN  w as   d ev el o p ed   u s in g   s tac k ed   co n v o lu tio n al  b lo ck s   f o r   f ea t u r ex tr ac tio n   an d   f u ll y   co n n ec ted   l a y er s   w ith   d r o p o u to   en h a n ce   g e n er aliza tio n   p er f o r m a n ce   [ 4 1 ] ,   [ 4 2 ] .   A   f i n al  s o f t m ax   la y er   p r o d u ce s   p r ed ictio n s   ac r o s s   f o u r   d iag n o s t ic  ca teg o r ies b ased   o n   s tr u ct u r al  MRI  f ea tu r es  [ 4 3 ]   A   co n tr o lled   co m p ar is o n   f o r   m u lti - s ta g A lz h ei m er s   clas s if icatio n   w as  ac h ie v ed   b y   i m p le m en t in g   t w o   ad d itio n al  f o r m u latio n s .   T h e   Ov O   ap p r o ac h   tr ain s   in d iv id u al  p air w i s class i f ier s   t h at  r ef in d ec is io n   b o u n d ar ies  b et w ee n   s p ec if ic  c lass   p air s ,   w h ile  th Ov R   f o r m u latio n   tr ain s   s ep ar ate  m o d e ls   to   d is tin g u is h   o n d iag n o s t ic  ca te g o r y   f r o m   t h r e m ai n in g   c lass e s .   B o th   a p p r o ac h es   em p l o y   c o m p a c t CN N   b ac k b o n e s   an d   f o l l o w   e s t a b li s h e d   m u l ti c l ass   l e a r n in g   p r a c t ic e s   in   m e d ic a l   im ag in g   [ 4 4 ] [ 4 8 ] D e t a i l e d   a r ch i te ct u r al   s p e c if i c a ti o n s ,   i n cl u d i n g   l ay e r   c o m p o s it i o n ,   o u t p u t   d im en s i o n s ,   a n d   p a r am ete r   c o u n ts ,   a r e   p r o v i d e d   in   T a b l e s   1   t o   4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   2 A p r il  20 26 5 3 6 - 548   540   T ab le  1 .   L ay er s   o f   cu s to m   m u l ticlass   C NN    Ty p e   D e scri p t i o n   P a r a ma t e r s   O u t p u t   s h a p e   I n p u t   l a y e r   I n p u t _ 1   0   ( N o n e ,   2 2 4 ,   2 2 4 ,   1 )   C o n v   b l o c k   1   2 × C o n v   ( 3 2 )   +   B a t c h N o r +   M a x P o o l   9 , 8 2 4   ( N o n e ,   1 1 0 ,   1 1 0 ,   3 2 )   C o n v   b l o c k   2   2 × C o n v   ( 6 4 )   +   B a t c h N o r +   M a x P o o l   5 5 , 9 3 6   ( N o n e ,   5 3 ,   5 3 ,   6 4 )   C o n v   b l o c k   3   2 × C o n v   ( 1 2 8 )   +   B a t c h N o r m +   M a x P o o l   2 2 2 , 4 6 4   ( N o n e ,   2 4 ,   2 4 ,   1 2 8 )   C o n v   b l o c k   4   1 × C o n v   ( 2 5 6 )   +   B a t c h N o r m +   M a x P o o l   2 9 6 , 1 9 2   ( N o n e ,   1 1 ,   1 1 ,   2 5 6 )   F l a t t e n   F l a t t e n   0   ( N o n e ,   3 0 9 7 6 )   D e n se   ( f c 1 )   D e n se   ( 5 1 2 )   1 5 , 8 6 0 , 2 2 4   ( N o n e ,   5 1 2 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 5 )   0   ( N o n e ,   5 1 2 )   D e n se   ( f c 2 )   D e n se   ( 2 5 6 )   1 3 1 , 3 2 8   ( N o n e ,   2 5 6 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 5 )   0   ( N o n e ,   2 5 6 )   O u t p u t   l a y e r   D e n se   ( 4 ,   so f t max )   1 , 0 2 8   ( N o n e ,   4 )       T ab le  2 .   L ay er s   o f   cu s to m   O v b aselin e - C NN    Ty p e   D e scri p t i o n   P a r a ma t e r s   O u t p u t   s h a p e   I n p u t   l a y e r   I n p u t _ 1   0   ( N o n e ,   2 2 4 ,   2 2 4 ,   1 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 3 2 ,   3 × 3 ,   R e L U )   3 2 0   ( N o n e ,   2 2 2 ,   2 2 2 ,   3 2 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   1 1 1 ,   1 1 1 ,   3 2 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 6 4 ,   3 × 3 ,   R e L U )   1 8 , 4 9 6   ( N o n e ,   1 0 9 ,   1 0 9 ,   6 4 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   5 4 ,   5 4 ,   6 4 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 1 2 8 ,   3 × 3 ,   R e L U )   7 3 , 8 5 6   ( N o n e ,   5 2 ,   5 2 ,   1 2 8 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   2 6 ,   2 6 ,   1 2 8 )   F l a t t e n   F l a t t e n   0   ( N o n e ,   8 6 , 5 2 8 )   D e n se   ( f c )   D e n se   ( 6 4 ,   R e L U )   5 , 5 3 7 , 8 5 6   ( N o n e ,   6 4 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 5 )   0   ( N o n e ,   6 4 )   O u t p u t   l a y e r   D e n se   ( 1 ,   si g mo i d )   65   ( N o n e ,   1 )       T ab le  3 .   L ay er s   o f   cu s to m   O v d ee p - b atch   n o r m al izatio n   ( BN ) - C NN    Ty p e   D e scri p t i o n   P a r a me t e r s   O u t p u t   s h a p e   I n p u t   l a y e r   I n p u t _ 1   0   ( N o n e ,   2 2 4 ,   2 2 4 ,   1 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 3 2 ,   3 × 3 ,   R e L U )   3 2 0   ( N o n e ,   2 2 2 ,   2 2 2 ,   3 2 )   B a t c h N o r m   B a t c h N o r mal i z a t i o n   ( 3 2 )   1 2 8   ( N o n e ,   2 2 2 ,   2 2 2 ,   3 2 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   1 1 1 ,   1 1 1 ,   3 2 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 6 4 ,   3 × 3 ,   R e L U )   1 8 , 4 9 6   ( N o n e ,   1 0 9 ,   1 0 9 ,   6 4 )   B a t c h N o r m   B a t c h N o r mal i z a t i o n   ( 6 4 )   2 5 6   ( N o n e ,   1 0 9 ,   1 0 9 ,   6 4 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   5 4 ,   5 4 ,   6 4 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 1 2 8 ,   3 × 3 ,   R e L U )   7 3 , 8 5 6   ( N o n e ,   5 2 ,   5 2 ,   1 2 8 )   B a t c h N o r m   B a t c h N o r mal i z a t i o n   ( 1 2 8 )   5 1 2   ( N o n e ,   5 2 ,   5 2 ,   1 2 8 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   2 6 ,   2 6 ,   1 2 8 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 2 5 6 ,   3 × 3 ,   R e L U )   ( e x t r a   c o n v o l u t i o n a l   b l o c k )   2 9 5 , 1 6 8   ( N o n e ,   2 4 ,   2 4 ,   2 5 6 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   ( 2 × 2 )   0   ( N o n e ,   1 2 ,   1 2 ,   2 5 6 )   F l a t t e n   F l a t t e n   0   ( N o n e ,   3 6 , 8 6 4 )   D e n se   ( f c 1 )   D e n se   ( 1 2 8 ,   R e L U )   4 , 7 1 8 , 7 2 0   ( N o n e ,   1 2 8 )   B a t c h N o r m   B a t c h N o r mal i z a t i o n   ( 1 2 8 )   5 1 2   ( N o n e ,   1 2 8 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 3 )   0   ( N o n e ,   1 2 8 )   D e n se   ( f c 2 )   D e n se   ( 6 4 ,   R e L U )   8 , 2 5 6   ( N o n e ,   6 4 )   B a t c h N o r m   B a t c h N o r mal i z a t i o n   ( 6 4 )   2 5 6   ( N o n e ,   6 4 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 3 )   0   ( N o n e ,   6 4 )   D e n se   ( f c 3 )   D e n se   ( 3 2 ,   R e L U )   2 , 0 8 0   ( N o n e ,   3 2 )   O u t p u t   l a y e r   D e n se   ( 1 ,   si g mo i d )   33   ( N o n e ,   1 )       T ab le  4 .   L ay er s   o f   cu s to m   O v R   C NN    Ty p e   D e scri p t i o n   P a r a ma t e r s   O u t p u t   s h a p e   I n p u t   l a y e r   I n p u t _ 1   0   ( N o n e ,   2 2 4 ,   2 2 4 ,   1 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 3 2 ,   3 × 3)   3 2 0   ( N o n e ,   2 2 2 ,   2 2 2 ,   3 2 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   (2 × 2)   0   ( N o n e ,   1 1 1 ,   1 1 1 ,   3 2 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 6 4 ,   3 × 3)   1 8 , 4 9 6   ( N o n e ,   1 0 9 ,   1 0 9 ,   6 4 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   (2 × 2)   0   ( N o n e ,   5 4 ,   5 4 ,   6 4 )   C o n v 2 D   C o n v 2 D   ( 1 2 8 ,   3 × 3)   7 3 , 8 5 6   ( N o n e ,   5 2 ,   5 2 ,   1 2 8 )   M a x P o o l i n g 2 D   M a x P o o l   (2 × 2)   0   ( N o n e ,   2 6 ,   2 6 ,   1 2 8 )   F l a t t e n   F l a t t e n   0   ( N o n e ,   8 6 , 5 2 8 )   D e n se   ( f c 1 )   D e n se   ( 5 1 2 )   4 4 , 3 0 2 , 8 4 8   ( N o n e ,   5 1 2 )   D r o p o u t   D r o p o u t   ( 0 . 5 )   0   ( N o n e ,   5 1 2 )   O u t p u t   l a y e r   D e n se   ( 1 ,   si g mo i d )   5 1 3   ( N o n e ,   1 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A   co mp a r a tive  MRI - b a s ed   s tu d o f R esN et - 1 5 2   a n d   n o ve l d e ep   lea r n in g   …  ( K elvin   Leo n a r d i Ko h s a s ih )   541   R ep r o d u cib ilit y   w a s   e n s u r ed   b y   s ta n d ar d izin g   t h p r i m ar y   tr ain i n g   co n f ig u r atio n s .   A   d r o p o u r ate  o f   0 . 5   w as  ap p lied   to   r e d u ce   o v er f itti n g ,   an d   ea r l y   s to p p in g   w i th   p atien ce   o f   ten   ep o ch s   w as  u s ed   to   p r o m o te  s tab le  co n v er g e n ce .   T r ain in g   w a s   co n d u cted   u s i n g   t h A d a m   o p ti m izer   w it h   lear n in g   r ate  o f   0 . 0 0 0 1   an d   a   b atch   s iz o f   3 2 ,   s etti n g s   co m m o n l y   r ep o r ted   as  ef f ec ti v e   f o r   MRI - b ased   DL   tas k s .   H y p er p ar am eter s   w er e   r ef in ed   t h r o u g h   ex p lo r ato r y   g r id   s ea r ch es  t h at  v ar ied   lear n in g   r ate,   d r o p o u m a g n it u d e,   an d   b atch   s ize  to   en s u r s tab le  o p ti m izatio n   ac r o s s   all  clas s if icatio n   s tr ateg ie s .     2 . 5   M o del e v a lua t i o n   T h is   s tu d y   is   ev a lu ated   u s in g   s et  o f   c o n f u s io n - m atr i x - b ased   m e tr ics  th at  ca p tu r co m p le m en tar y   asp ec ts   o f   c lass if icatio n   p er f o r m a n ce .   T h ese  i n cl u d ac cu r ac y ,   p r ec is io n   ( p o s iti v p r ed ictiv v al u e,   P P V) ,   r ec all  ( s en s it iv i t y ) ,   F1 - s co r e,   s p ec if icit y ,   f alse  p o s iti v r ate   ( FP R ) ,   f alse  n e g ati v r ate  ( F NR ) ,   an d   n e g ati v p r ed ictiv v alu ( NP V)   [ 8 ] .   Si n ce   th cla s s   d is tr ib u tio n   is   b a lan ce d ,   o v er all  ac cu r ac y   i s   co n s id er ed   r eliab le  in d icato r   o f   p er f o r m an ce .   I n   ad d itio n ,   w r ep o r t   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   s p ec if icit y   to   p r o v id e   co m p le m e n tar y   p er s p ec ti v es.  I n   th m u lticla s s   s etti n g ,   p er - c lass   p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   F1 - s co r ar co m p u ted   b y   tr ea ti n g   ea ch   cla s s   a g ain s th r est  a n d   th e n   s u m m ar i ze d   u s in g   m ac r o ,   w ei g h ted ,   o r   m icr o   av er a g es,   co n s is ten w it h   s ta n d ar d   class i f icatio n   r ep o r ts   an d   co n f u s io n - m atr ix   a n al y s e s   [ 4 9 ] ,   [ 5 0 ] .   T h f o r m u las  u s ed   t o   co m p u te  t h es m etr ics ar as  f o llo w s :         =  +   +  +  +    ( 1 )        ( ) =   +      ( 2 )        /        =   +    ( 3 )     1    =   2     +    ( 4 )           =   +      ( 5 )       =   +      ( 6 )        =   +      ( 7 )        =   +      ( 8 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   T h d ataset  w as  f ir s b ala n ce d   th r o u g h   r an d o m   u n d er s a m p li n g ,   r es u lti n g   in   6 , 4 6 4   i m ag e s   p er   class   an d   a   to tal  o f   2 5 , 8 5 6   s am p les.  I w a s   th e n   s p li in to   8 0 f o r   tr ain i n g   a n d   2 0 f o r   test i n g .   A ll  i m a g es  w er e   p r o ce s s ed   u s in g   s ta n d ar d ized   p ip elin th at  co n s is ted   o f   g r ay s ca le  co n v er s io n ,   r esiz in g   to   2 2 4 × 2 2 4   p ix els,  C L AHE - b ased   co n tr ast   en h a n ce m en t,  b ilater al  f ilter i n g ,   a n d   m i n m a x   n o r m aliza tio n   to   t h [ 0 ,   1 ]   r an g e.   T h is   p r o ce d u r p r o d u ce d   clea r er   an d   m o r co n s is ten M R I   i m a g e s ,   w it h   en h a n ce d   v is ib ilit y   o f   s u lci   an d   v e n tr icles,   r ed u ce d   n o is e,   an d   s tan d ar d ized   d im e n s io n s .   R ep r ese n tati v ex a m p les  o f   t h p r ep r o ce s s ed   d ata  ar s h o w n   in   Fig u r 4 .   T h tr ain in g   h is to r y   o f   R es Ne t - 1 5 2   is   p r esen ted   i n   Fig u r 5 .   A l th o u g h   t h m o d el  w as  al lo ca ted   2 0 0 0   ep o ch s ,   tr ain i n g   co n v er g ed   ea r l y   at  ep o ch   8 1 ,   as  th ea r l y   s to p p in g   cr iter io n   w a s   m et .   T h m o d el  r ea ch ed   7 2 tr ain in g   ac cu r ac y   at  t h f i n al  ep o ch ,   w h ile  v ali d atio n   ac cu r ac y   f o llo w ed   s i m ilar   tr en d   w it h   m o d er ate  f l u ctu a tio n s ,   r e f lecti n g   s en s iti v it y   to   d ata  v ar iab ilit y   b u n o   s ev er o v er f itti n g .   T h co r r es p o n d in g   lo s s   cu r v e s   s h o w   co n s is te n d ec r ea s i n   tr ain i n g   lo s s ,   w i th   v alid ati o n   lo s s   ex h ib iti n g   h i g h er   v a r ian ce   b u o v er all   co n v er g e n ce   w it h   tr ai n in g   lo s s .   T h s ec o n d   m o d el  tr ain ed   w a s   th c u s to m   C NN,   w h ic h   e m p lo y ed   m u lt iclas s   class i f icatio n   s tr ateg y .   T h is   m o d el  ac h iev ed   th b est  p er f o r m a n ce   w it h   t est  ac cu r ac y   o f   9 0 %,  co n f ir m i n g   i ts   e f f ec tiv e n es s   in   h an d li n g   t h f o u r - clas s   A l zh ei m er s   clas s i f icatio n   tas k .   T h tr ain in g   h i s to r y   s h o w n   i n   Fig u r 6   i n d icate s   th at  b o th   tr ai n in g   a n d   v alid atio n   ac cu r ac y   s tab ilized   at  ar o u n d   9 0 %,  w h ile  t h lo s s   cu r v es  co n v er g ed   s m o o th l y   w i th o u t si g n s   o f   o v e r f itti n g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   2 A p r il  20 26 5 3 6 - 548   542       Fig u r e   4 .   Sa m p le  i m ag e s   af ter   p r ep r o ce s s in g   s tep s           Fig u r 5 .   T r ain in g   ac cu r ac y   a n d   lo s s   cu r v es  o f   R esNe t - 152           Fig u r 6 .   T r ain in g   ac cu r ac y   a n d   lo s s   cu r v es o f   c u s to m   C NN   m u l ticlas s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A   co mp a r a tive  MRI - b a s ed   s tu d o f R esN et - 1 5 2   a n d   n o ve l d e ep   lea r n in g   …  ( K elvin   Leo n a r d i Ko h s a s ih )   543   T h th ir d   m o d el  tr ain ed   w a s   t h c u s to m   C NN  w it h   an   Ov O   class i f icatio n   s tr ate g y .   I n   t h i s   ap p r o ac h ,   s ix   i n d ep en d en t s   b in ar y   C NN s   w er tr ai n ed ,   ea ch   f o cu s i n g   o n   s p ec if ic  p air   o f   class e s .   T h tr ain i n g   h i s to r ies   o f   th s i x   class i f ier s   ar s h o w n   in   Fi g u r e s   7 ( a ) ( f ) tr ain in g   ac cu r ac y   an d   lo s s   cu r v e s   o f   cu s to m   C NN   O v O.   Mo s class i f ier s   ac h iev ed   s ta b le  co n v er g e n ce ,   w i th   s o m p air s ,   s u ch   as  ND  v s .   Mo d an d   MD   v s .   Mo d D,   r ea ch in g   v alid atio n   ac c u r ac ies   ab o v 9 0 %.  Ho w ev er ,   cla s s i f ier s   in v o lv in g   ea r l y - s tag ca te g o r ies,  s u ch   a s   ND   v s   VM o r   VM v s   MD ,   e x h ib ited   lo w er   a n d   m o r f l u ct u atin g   v al id atio n   ac cu r ac y ,   r ef l ec tin g   th i n h er en t   d if f ic u lt y   i n   d is t in g u is h i n g   s u b tle  ch a n g es  at  t h e s s ta g es .   T h class if icatio n   r ep o r f u r th er   s u p p o r ts   th es e   f i n d in g s ,   w i th   an   o v er all  ac c u r ac y   o f   8 5 %.  ND   r ea c h ed   a n   F1 - s co r o f   9 3 %,  VM 8 9 %,  MD   8 2 %,  an d   Mo d D   9 9 %.  T h m ac r o - av er ag F1   w as  7 3 %,  in d icatin g   v ar iab ilit y   ac r o s s   class es,  wh ile  th w eig h ted - av er ag F1   r ea ch ed   9 1 %,  co n f ir m i n g   t h s tr o n g   o v er all  p er f o r m an ce   o f   t h O v ap p r o ac h .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   ( f )     Fig u r 7 .   T r ain in g   ac cu r ac y   a n d   lo s s   cu r v es o f   t h s ix   c u s to m   C N Ov b i n ar y   cla s s i f ier s ; ( a)   ND  v s   VM D,   ( b )   ND  v s   Mo d D,   ( c)   VM v s   Mo d D,   ( d )   ND  v s   MD ,   ( e)   VM v s   MD ,   a n d   ( f )   MD   v s   Mo d D       T h f in al  m o d el  d ev elo p ed   w a s   th c u s to m   C NN  u s in g   an   Ov R   s tr ate g y ,   w h er f o u r   b in ar y   class i f ier s   w er tr ai n ed   in d ep en d en tl y ,   ea ch   i s o lati n g   o n tar g et  clas s   f r o m   th r e m ai n i n g   ca te g o r ies.  T h e   tr ain i n g   b eh a v io r s   o f   t h ese  m o d els  ar illu s tr ated   in   F ig u r e s   8 ( a ) ( d ) .   Fig u r es  8 ( a)   an d   ( b ) ,   r e p r esen tin g   t h ND  v s   r est  a n d   Mo d D   v s   r est  class i f ier s ,   s h o w   th m o s s tab le  co n v er g e n ce ,   w ith   tr ai n in g   a n d   v alid atio n   ac cu r ac ies  co n s is ten tl y   e x ce e d in g   8 5 %.  I n   co n tr ast,  F ig u r 8 ( c)   f o r   th MD   v s   r est  cla s s i f ier   ex h ib it s   g r ea ter   v ar iab ilit y ,   w it h   n o ticea b le  f l u ctu a tio n s   in   v al id atio n   ac cu r ac y ,   i n d icati n g   th c h all en g e s   i n   co r r ec tl y   s ep ar atin g   M Ds   a m p les  f r o m   n eig h b o r in g   clas s es.  Me an wh ile,   Fi g u r 8 ( d ) ,   c o r r esp o n d i n g   to   t h VM v s   R est  clas s i f ier ,   d em o n s tr ate s   m o d er ate  p er f o r m a n ce   an d   r ev ea ls   s en s i tiv it y   to   class   i m b ala n ce   an d   o v er lap p in g   ea r l y - s ta g f ea tu r es.  T h ese  o b s er v atio n s   h i g h lig h t h v ar y i n g   co m p lex i t y   ac r o s s   d iag n o s tic   b o u n d ar ies  w it h in   t h O v R   f r a m e w o r k .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   2 A p r il  20 26 5 3 6 - 548   544       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 8 .   T r ain in g   ac cu r ac y   a n d   lo s s   cu r v es o f   t h f o u r   cu s t o m   C NN  O v R   class if ier s ; ( a)   ND  v s   r est,    ( b )   Mo d D   v s   r est,  ( c)   MD   v s   r est,  an d   ( d )   VM D   v s   r est       A lt h o u g h   t h c u s to m   m u lticl ass   C NN  s h o w ed   t h s tr o n g e s an d   m o s co n s i s te n p er f o r m an ce ,   th e   co n f u s io n   m atr ices  r e v ea w h y   t h O v a n d   O v R   m o d els   p er f o r m ed   p o o r ly   o n   ea r l y - s tag cla s s es.   B o th   ap p r o ac h es  f r eq u en tl y   m i s cla s s i f ied   VM an d   MD ,   w h ic h   r ef lects  t h s u b tle  m o r p h o lo g ical  d if f er e n ce s   b et w ee n   th e s ad j ac en s tag e s   an d   th e ir   o v er lap   w it h   n o r m al  a g in g .   T h Ov R   m o d els  ten d ed   to   f av o r   th e   d o m i n a n R e s t”  class ,   r ed u ci n g   s en s iti v it y   to   ea r l y - s ta g ca s es,  w h i le  th O v m o d el s   p r o d u ce d   in co n s i s ten t   p air w is o u tp u ts   th at  ac cu m u lated   d u r in g   v o ti n g   an d   in cr e ased   th lik eli h o o d   o f   e r r o r   p r o p ag atio n .   T h ese  o b s er v atio n s   i n d icate   th at  d ec o m p o s i tio n - b ased   s tr ateg ie s   ar m o r v u ln er ab le  to   b o u n d ar y   a m b i g u it y   t h an   a   u n i f ied   m u lticla s s   ap p r o ac h .   A p p l y in g   s tati s tical   s i g n if ic an ce   te s ts   s u ch   a s   Mc Ne m a r s   te s o r   p air ed   b o o ts tr ap   c o m p ar is o n s   w o u l d   h elp   co n f ir m   w h et h er   th e   p er f o r m a n ce   d if f er e n ce s   b et w ee n   m o d els  ar e   s tatis t icall y   m ea n i n g f u l.   A   co n s o lid ated   co m p ar is o n   ac r o s s   all  m o d els  is   p r esen ted   to   ev al u ate  o v er all   d iag n o s tic   p er f o r m a n ce   an d   er r o r   ch ar ac ter is tics .   T ab le  5   s u m m ar ize s   th r esu l ts   an d   h ig h li g h ts   t h d if f er e n ce s   a m o n g   th m u lt iclas s ,   Ov O,   O v R ,   a n d   R esNet - 1 5 2   ap p r o ac h es .       T ab le  5 .   R esu lts   p er f o r m an ce   ev alu a tio n   M o d e l   A p p r o a c h   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i si o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   S p e c i f i c i t y   ( %)   F P R   ( %)   F N R   ( %)   N P V   ( %)   R e sN e t - 1 5 2   M u l t i c l a ss   7 2   72   72   71   91   9   28   91   C u s t o m C N N   M u l t i c l a ss   90   90   90   90   97   3   10   97   C u s t o m C N N   O v O   85   78   85   90   97   3   15   96   C u s t o m C N N   O v R   81   71   81   84   95   5   19   95       T h is   s tu d y   p r ese n ted   s ta g e - a w ar DL   p ip elin f o r   AD   cla s s if ica tio n   o n   s tr u ct u r al  MRI,   c o m p ar i n g   tr an s f er - lear n in g   b aseli n R esNet - 1 5 2   w it h   t h r ee   p r o p o s ed   class i f ier s c u s to m   C NN   m u lticlas s ,   c u s to m   C NN  Ov O,   an d   c u s to m   C NN   Ov R .   On   th test   s et,   th cu s to m   m u lticla s s   C NN  d eliv er e d   th s tr o n g est  an d   m o s b ala n ce d   p er f o r m an ce ,   a ch iev in g   9 0 ac cu r ac y   w it h   co n s is ten p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F1   s co r es  ac r o s s   th n o n - d e m e n ted v er y   m ild ,   m i ld ,   an d   m o d er ate  s tag es.  T h is   r esu lt  s u r p ass ed   th p er f o r m a n ce   o f   Ov at   8 5 %,  Ov R   at   8 1 %,  an d   th e   b aselin R e s Net - 1 5 2   at  7 2 %.  Mo d el  r eliab ilit y   w as   f u r t h er   s u p p o r ted   b y   s tab le   v alid atio n   tr en d s ,   w i th   f l u ct u a tio n s   o f   ap p r o x i m ate l y   ± 2 f o r   th c u s to m   m u ltic lass   C N N ,   ± 3 f o r   th Ov O   m o d el,   ± 4 f o r   th Ov R   m o d el,   an d   ± 5 f o r   R esNet - 1 5 2 .   C o llectiv el y ,   th e s f i n d in g s   i n d icate   th at  th e   m u lticla s s   f o r m u lat io n   is   p ar ticu lar l y   e f f ec tiv f o r   ea r ly - s ta g Alzh ei m er s   d etec tio n ,   w h er s u b tle  s tr u ct u r al   d if f er e n ce s   o f ten   r ese m b le  n o r m al  ag in g   an d   i n tr o d u ce   s u b j e ctiv it y   i n   clin ical  ass e s s m e n t.   W h en   i n ter p r eted   in   th co n t ex o f   ex is ti n g   MRI - b ased   Alzh ei m er s   class if icatio n   r ese ar ch ,   th es e   r esu lt s   s h o w   clea r   ad v a n c e m en t.  P r io r   s tu d ies  u s i n g   YOL O v 5 ,   VGG1 6 ,   De n s eNe t - 1 6 9 ,   o r   R esNet - 50  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A   co mp a r a tive  MRI - b a s ed   s tu d o f R esN et - 1 5 2   a n d   n o ve l d e ep   lea r n in g   …  ( K elvin   Leo n a r d i Ko h s a s ih )   545   t y p icall y   r ep o r ac cu r ac ies  r a n g in g   f r o m   6 1   to   8 2 %   [ 1 9 ] ,   [ 2 2 ] ,   [ 2 4 ] .   an d   m u lti - s ta g m o d els  o f te n   s tr u g g le  to   s ep ar ate  ad j ac en s tag es   alo n g   t h cli n ical  d e m e n tia   r atin g   s ca le  [ 5 1 ] .   I n   co n tr ast,  th e   p r o p o s ed   cu s to m   m u lticla s s   C NN  d e m o n s tr ate s   s tr o n g er   s tag e - s p ec if ic  d is c r i m i n atio n ,   p r o v id in g   e m p ir ic al  ev id en ce   t h at  a   tailo r ed   ar ch itectu r ca n   le v er ag d is ea s e - r elate d   s tr u ct u r al  p atter n s   m o r ef f ec ti v el y   th a n   co n v en tio n al   tr an s f er - lear n i n g   b ac k b o n e s .   T h is   i m p r o v e m e n in   s ta g e - a w ar p er f o r m an ce   r ep r esen t s   k e y   n o v el t y   o f   th e   p r esen w o r k ,   as   it  s h o w s   th at  d ed icate d   m u l ticlas s   ar c h itect u r ca n   s i m u ltan eo u s l y   en h a n ce   ac c u r ac y ,   r ed u ce   in ter - c lass   co n f u s io n ,   a n d   i m p r o v ea r l y - s tag d etec ti o n   s en s iti v it y .   T h clin ical  r el ev a n ce   o f   th e s g ai n s   is   co n s id er ab le.   E ar l y   id en t if icatio n   o f   v er y   m ild   an d   MD   ca teg o r ies  is   d i f f icu lt  ev e n   f o r   ex p er ien ce d   r ad io lo g is ts ,   y e th p r o p o s ed   m o d el  ca p tu r e d   th ese  b o r d er lin d is tin ct io n s   w i th   g r ea ter   r eliab ilit y .   T h is   ca p ab ilit y   ca n   s u p p o r t r ad io lo g is ts   b y   r ed u cin g   i n ter - r ater   v ar iab ilit y ,   f la g g i n g   s u b tle  m o r p h o lo g ica ch an g es  f o r   r e - ev al u atio n ,   an d   p r io r itizin g   p atien ts   f o r   ad d itio n al  b io m ar k er   test i n g   o r   ti m el y   i n itiat io n   o f   d is ea s e - m o d if y i n g   t h er ap y   [ 4 1 ] .   No n eth eless ,   s e v er al  ch a llen g es  r e m a in   f o r   r ea l - w o r ld   d ep lo y m en t.  Mo d els  tr ain ed   o n   s i n g le  d ataset  m a y   f ail  to   g e n er alize   a cr o s s   s ca n n er s   o r   p o p u latio n s   d u to   d o m ain   s h i f t,  an d   r elian ce   s o lel y   o n   s tr u ctu r al  MRI  m a y   o v er lo o k   ea r l y   f u n ctio n al  o r   m etab o lic  ab n o r m ali ties   d ete ctab le  b y   P E T   o r   f u n ctio n a m ag n etic  r e s o n a n ce   i m a g i n g   ( f MRI )   [ 5 2 ] ,   [ 5 3 ] .   Fu t u r w o r k   s h o u ld   th er e f o r ex a m in cr o s s - d ataset  tr ai n i n g ,   d o m ai n   ad ap tatio n ,   an d   m u lt i m o d al  f u s io n ,   an d   s h o u ld   ex p lo r h y b r id   o r   en s em b le  ar ch itect u r es  co m b in ed   w it h   ex p lai n ab le  A I   to   f u r t h er   im p r o v r o b u s t n es s   an d   clin ical  s af e t y .       4.   CO NCLU SI O   T h is   s tu d y   i n tr o d u ce d   s tag e - a w ar DL   f r a m e w o r k   f o r   AD   cla s s i f icatio n   u s i n g   s tr u c tu r al  MRI,   d em o n s tr ati n g   th at  th p r o p o s ed   cu s to m   m u lticla s s   C NN  ac h iev ed   9 0 ac cu r ac y   an d   o u tp er f o r m ed   b o th   th e   O v O O v R   m o d el s ,   an d   t h R esNet - 1 5 2   tr an s f er - lear n i n g   b aselin e.   T h ese   f in d i n g s   h i g h li g h t   t h m o d el s   ab ilit y   to   ca p tu r s u b tle  m o r p h o lo g ical  d if f er e n ce s   ac r o s s   A lz h ei m er s   s ta g es  a n d   its   cli n ical  r elev a n ce   f o r   i m p r o v i n g   ea r l y - s ta g d etec tio n ,   w h er s y m p to m s   o f te n   m i m ic  n o r m al  a g in g .   No n e th ele s s ,   s ev er al  li m itat io n s   r e m ain ,   in cl u d i n g   r elia n ce   o n   s in g le  MRI  d ataset,   p o te n tial   d o m ai n   s h if t a cr o s s   s ca n n er s   o r   p o p u latio n s ,   an d   th e x clu s i v u s o f   s tr u ct u r al  MRI,   w h ich   m a y   li m it  s e n s it iv i t y   to   ea r l y   p ath o lo g ical  ch a n g e s .   Fu tu r e   r esear ch   s h o u ld   in co r p o r ate  m u lti m o d al  i m a g i n g   s u c h   as   P E T   o r   f MRI,   in teg r ate  clin ical  an d   co g n it iv e   b io m ar k er s ,   p er f o r m   cr o s s - d at aset  o r   m u ltice n ter   v alid atio n ,   an d   ex p lo r h y b r id   o r   en s e m b le  ar ch itectu r e s   to   en h a n ce   r o b u s tn e s s .   W ith   f u r th er   r ef in e m e n an d   ex ter n a v alid atio n ,   th p r o p o s ed   f r a m e w o r k   h a s   th e   p o ten tial  to   s er v as  r eliab le  d ec is io n - s u p p o r to o l   th at  s tr en g t h e n s   d iag n o s tic  co n s i s te n c y   an d   f ac il itates   ea r lier   in ter v e n tio n   i n   cli n ical  p r ac tice.       ACK NO WL E D G M E NT S   T h au th o r s   w o u ld   lik to   ex p r ess   th eir   g r atit u d to   ST MI T I ME   f o r   in s ti tu t io n al  s u p p o r an d   th r esear ch   f ac ilit ie s   p r o v id ed   d u r in g   th co m p letio n   o f   t h i s   s t u d y .   T h is   w o r k   w as   s u p p o r ted   b y   th Dir ec to r ate  o f   R esear ch ,   T ec h n o lo g y ,   an d   C o m m u n it y   Ser v ice  ( DR T P M) ,   Min is tr y   o f   E d u ca tio n ,   C u lt u r e,   R esear ch ,   an d   T ec h n o lo g y   o f   I n d o n e s ia  u n d er   R esear ch   Gr an No .   1 2 2 /C 3 /DT . 0 5 . 0 0 /P L /2 0 2 5   an d   Su b co n tr ac No .   6 9 /SP K/L L 1 / AL . 0 4 . 0 3 /P L /2 0 2 5 .       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   T h is   r esear ch   r ec eiv ed   f i n an c ial  s u p p o r f r o m   th M in i s tr y   o f   E d u ca tio n ,   C u l tu r e,   R e s ea r ch ,   an d   T ec h n o lo g y   o f   I n d o n esia.       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT   T h is   j o u r n al  u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Kelv i n   L eo n ar d Ko h s as ih                               Octa r P r ib a d i                               An d y                               Dan iel  S m it h   S u n ar io                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.