The goal of diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DWI) is to infer the structural connectivity of an individual subject's brain in vivo. To statistically study the variability and differences between normal and abnormal brain connectomes, a mathematical model of the neural connections is required. In this paper, we represent the brain connectome as a Riemannian manifold, which allows us to model neural connections as geodesics. This leads to the challenging problem of estimating a Riemannian metric that is compatible with the DWI data, i.e., a metric such that the geodesic curves represent individual fiber tracts of the connectomics. We reduce this problem to that of solving a highly nonlinear set of partial differential equations (PDEs) and study the applicability of convolutional encoder-decoder neural networks (CEDNNs) for solving this geometrically motivated PDE. Our method achieves excellent performance in the alignment of geodesics with white matter pathways and tackles a long-standing issue in previous geodesic tractography methods: the inability to recover crossing fibers with high fidelity.


翻译:弥散加权磁共振成像(DWI)的目标是推断个体受试者大脑的结构连接性。为了统计研究正常与异常大脑连接组的变异性与差异,需要建立神经连接的数学模型。本文将大脑连接组表示为黎曼流形,从而将神经连接建模为测地线。这引出了一个具有挑战性的问题:估计与DWI数据兼容的黎曼度量,即使得测地曲线代表连接组学中单个纤维束的度量。我们将该问题简化为求解一组高度非线性的偏微分方程(PDE),并研究了卷积编码器-解码器神经网络(CEDNN)在求解这一几何驱动PDE中的适用性。所提出的方法在测地线与白质通路对齐方面取得了优异性能,并解决了此前测地线纤维束成像方法中长期存在的难题:无法高保真度地恢复交叉纤维。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
Arxiv
20+阅读 · 2020年6月8日
Deep Graph Infomax
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员