Impact of Initialization on Intra-subject Pediatric Brain MR Image Registration: A Comparative Analysis between SyN ANTs and Deep Learning-Based Approaches
Notice bibliographique
Résumé
This study evaluates the performance of conventional SyN ANTs and learning-based registration methods in the context of pediatric neuroimaging, specifically focusing on intra-subject 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 deep learning (DL) framework with a U-Net architecture using DeepReg and it was 5-fold cross-validated. The 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. Specifically, DL-based implementations with RR and RAR initializations significantly outperform SyN ANTs. The lower Dice scores of SyN ANTs are likely due to its lack of population-based optimization, unlike the DL methods which learn optimal parameters through training. 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. Learning-based registration offers fast inference times but needs training, whereas SyN ANTs requires manual fine-tuning, with less clear guidelines, particularly for younger cohorts. Both methods face challenges with larger age intervals due to greater growth changes. Future work will extend the framework to younger populations and explore models that better separate different levels of transformations for improved local brain region registration. 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
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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 | 0,008 | 0,024 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 ».