A Registration and Deep Learning Approach to Automated Landmark Detection for Geometric Morphometrics
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Geometric morphometrics is the statistical analysis of landmark-based shape variation and its covariation with other variables. Over the past two decades, the gold standard of landmark data acquisition has been manual detection by a single observer. This approach has proven accurate and reliable in small-scale investigations. However, big data initiatives are increasingly common in biology and morphometrics. This requires fast, automated, and standardized data collection. Image registration, or the spatial alignment of images, is a fundamental technique in automatic image analysis that is well-poised for such purposes. Yet, in the few studies that have explored the utility of registration-based landmarks for geometric morphometrics, relatively high or catastrophic labelling errors around anatomical extrema are common. Such errors can result in misleading representations of the mean shape, an underestimation of biological signal, and altered variance-covariance patterns. We combine image registration with a deep and domain-specific neural network to automate and optimize anatomical landmark detection for geometric morphometrics. Using micro-computed tomography images of genetically and morphologically variable mouse skulls, we test our landmarking approach under a variety of registration conditions, including different non-linear deformation frameworks (small vs. large) and atlas strategies (single vs. multi). Compared to landmarks derived from conventional image registration workflows, our optimized landmark data show significant reductions in error at problematic locations (up to 0.63 mm), a 36.4% reduction in average landmark coordinate error, and up to a 45.1% reduction in total landmark distribution error. We achieve significant improvements in estimates of the sample mean shape and variance-covariance structure. For biological imaging datasets and morphometric research questions, our method can eliminate the time and subjectivity of manual landmark detection whilst retaining the biological integrity of these expert annotations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».