Weakly-supervised convolutional neural networks for multimodal image registration

人工智能 计算机科学 卷积神经网络 体素 图像配准 基本事实 模式识别(心理学) 计算机视觉 地标 质心 推论 图像(数学)
作者
Yipeng Hu,Marc Modat,Eli Gibson,Wenqi Li,Nooshin Ghavami,Ester Bonmati,Guotai Wang,Steven Bandula,Caroline M. Moore,Mark Emberton,Sébastien Ourselin,J. Alison Noble,Dean C. Barratt,Tom Vercauteren
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:49: 1-13 被引量:461
标识
DOI:10.1016/j.media.2018.07.002
摘要

One of the fundamental challenges in supervised learning for multimodal image registration is the lack of ground-truth for voxel-level spatial correspondence. This work describes a method to infer voxel-level transformation from higher-level correspondence information contained in anatomical labels. We argue that such labels are more reliable and practical to obtain for reference sets of image pairs than voxel-level correspondence. Typical anatomical labels of interest may include solid organs, vessels, ducts, structure boundaries and other subject-specific ad hoc landmarks. The proposed end-to-end convolutional neural network approach aims to predict displacement fields to align multiple labelled corresponding structures for individual image pairs during the training, while only unlabelled image pairs are used as the network input for inference. We highlight the versatility of the proposed strategy, for training, utilising diverse types of anatomical labels, which need not to be identifiable over all training image pairs. At inference, the resulting 3D deformable image registration algorithm runs in real-time and is fully-automated without requiring any anatomical labels or initialisation. Several network architecture variants are compared for registering T2-weighted magnetic resonance images and 3D transrectal ultrasound images from prostate cancer patients. A median target registration error of 3.6 mm on landmark centroids and a median Dice of 0.87 on prostate glands are achieved from cross-validation experiments, in which 108 pairs of multimodal images from 76 patients were tested with high-quality anatomical labels.
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