FlowReg: Fast Deformable Unsupervised Medical Image Registration using Optical Flow
Notice bibliographique
Résumé
In this work we propose FlowReg, a deep learning-based framework that performs unsupervised image registration for neuroimaging applications. The system is composed of two architectures that are trained sequentially: FlowReg-A which affinely corrects for gross differences between moving and fixed volumes in 3D followed by FlowReg-O which performs pixel-wise deformations on a slice-by-slice basis for fine tuning in 2D. FlowReg-A warps the moving volume using gross global parameters to align rotation, scale, shear, and translation to the fixed volume. A correlation loss that encourages global alignment between the moving and the fixed volumes is employed to regress the affine parameters. The deformable network FlowReg-O operates on 2D image slices and is based on the optical flow CNN network that is adapted to neuroimaging with three loss components. The photometric loss minimizes pixel intensity differences, the smoothness loss encourages similar magnitudes between neighbouring vectors, and a correlation loss that is used to maintain the intensity similarity between fixed and moving image slices. The proposed method is compared to four open source registration techniques ANTs, Demons, SE, and Voxelmorph for FLAIR MRI applications. In total, 4643 FLAIR MR imaging volumes (approximately 255,000 image slices) are used from dementia and vascular disease cohorts, acquired from over 60 international centres with varying acquisition parameters. To quantitatively assess the performance of the registration tools, a battery of novel validation metrics are proposed that focus on the structural integrity of tissues, spatial alignment, and intensity similarity. Experimental results show FlowReg (FlowReg-A+O) performs better than iterative-based registration algorithms for intensity and spatial alignment metrics with a Pixelwise Agreement (PWA) of 0.65, correlation coefficient (R) of 0.80, and Mutual Information (MI) of 0.29. Among the deep learning frameworks evaluated, FlowReg-A or FlowReg-A+O provided the highest performance over all but one of the metrics. Results show that FlowReg is able to obtain high intensity and spatial similarity between the moving and the fixed volumes while maintaining the shape and structure of anatomy and pathology.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,002 |
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».