This study evaluates the performance of conventional SyN ANTs and learning-based registration methods in the context of pediatric neuroimaging, specifically focusing on intrasubject deformable registration. The comparison involves three approaches: without (NR), with rigid (RR), and with rigid and affine (RAR) initializations. In addition to initialization, performances are evaluated in terms of accuracy, speed, and the impact of age intervals and sex per pair. Data consists of the publicly available MRI scans from the Calgary Preschool dataset, which includes 63 children aged 2-7 years, allowing for 431 registration pairs. We implemented the unsupervised DL framework with a U-Net architecture using DeepReg and it was 5-fold cross-validated. Evaluation includes Dice scores for tissue segmentation from 18 smaller regions obtained by SynthSeg, analysis of log Jacobian determinants, and registration pro-rated training and inference times. Learning-based approaches, with or without linear initializations, exhibit slight superiority over SyN ANTs in terms of Dice scores. Indeed, DL-based implementations with RR and RAR initializations significantly outperform SyN ANTs. Both SyN ANTs and DL-based registration involve parameter optimization, but the choice between these methods depends on the scale of registration: network-based for broader coverage or SyN ANTs for specific structures. Both methods face challenges with larger age intervals due to greater growth changes. The main takeaway is that while DL-based methods show promise with faster and more accurate registrations, SyN ANTs remains robust and generalizable without the need for extensive training, highlighting the importance of method selection based on specific registration needs in the pediatric context. Our code is available at https://github.com/neuropoly/pediatric-DL-registration


翻译:本研究评估了传统SyN ANTs与基于学习的配准方法在儿童神经影像学中的性能,特别关注个体内部的可变形配准。比较涉及三种初始化方式:无初始化(NR)、刚性初始化(RR)以及刚性加仿射初始化(RAR)。除初始化外,还从准确性、速度、年龄间隔及性别配对影响等方面评估性能。数据来源于公开的卡尔加里学龄前儿童数据集,包含63名2-7岁儿童的磁共振扫描,共构成431个配准对。我们采用DeepReg框架的U-Net架构实现了无监督深度学习模型,并进行了5折交叉验证。评估指标包括:通过SynthSeg获得的18个较小脑区组织分割的Dice分数、对数雅可比行列式分析,以及按比例折算的配准训练与推理时间。无论是否采用线性初始化,基于学习的方法在Dice分数上均略优于SyN ANTs。实际上,采用RR和RAR初始化的深度学习实现显著超越了SyN ANTs。SyN ANTs与基于深度学习的配准均涉及参数优化,但方法选择取决于配准尺度:网络方法适用于更广泛的覆盖范围,而SyN ANTs更适合特定结构。两种方法在较大年龄间隔下都面临因生长变化加剧而带来的挑战。主要结论是:虽然基于深度学习的方法展现出更快、更准确的配准潜力,但SyN ANTs仍具有稳健性和泛化能力,且无需大量训练,这凸显了在儿童影像配准中根据具体需求选择方法的重要性。我们的代码公开于:https://github.com/neuropoly/pediatric-DL-registration

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
最新内容
《美陆军条例:陆军指挥政策(2026版)》
专知会员服务
9+阅读 · 今天8:10
《军用自主人工智能系统的治理与安全》
专知会员服务
5+阅读 · 今天8:02
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
10+阅读 · 4月20日
高效视频扩散模型:进展与挑战
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
8+阅读 · 4月20日
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
7+阅读 · 4月20日
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
6+阅读 · 4月20日
相关资讯
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员