GHMM: Learning Generative Hybrid Mixture Models for Generalized Point Set Registration in Computer-Assisted Orthopedic Surgery

混合模型 离群值 人工智能 计算机科学 稳健性(进化) 生成模型 模式识别(心理学) 计算机视觉 期望最大化算法 骨科手术 生成语法 数学 外科 最大似然 医学 统计 生物化学 化学 基因
作者
Zhengyan Zhang,Ang Zhang,Jiewen Lai,Hongliang Ren,Rui Song,Yibin Li,Max Q.‐H. Meng,Zhe Min
出处
期刊:IEEE transactions on medical robotics and bionics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:6 (3): 1285-1295 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tmrb.2024.3407362
摘要

In computer-assisted orthopedic surgery (CAOS), the overlay of pre-operative information onto the surgical scene is achieved through the registration of pre-operative 3D models with the intra-operative surface. The accuracy and robustness of this registration are crucial for effective interventional guidance. To enhance these qualities in CAOS, we explore the use of normal vectors and the concept of joint registration of two point sets, to simultaneously utilize more useful geometrical information and consider noise and outliers in both pre-operative and intra-operative spaces. We present a novel end-to-end hybrid learning-based registration method for CAOS by utilizing generalized point sets that consist of positional and normal vectors, which are considered to be generated from an unknown Generative Hybrid Mixture Model (GHMM) composed of Gaussian Mixture Models (GMMs) and Fisher Mixture Models (FMMs). The joint registration is cast as a maximum likelihood estimation (MLE) problem that aims to minimize the distances between the generalized points and the hybrid distributions. Our proposed approach, termed GHMM, has been extensively validated on various medical data sets (i.e., 291 human femur and 260 hip models) and the public dataset ModelNet40, outperforming state-of-the-art registration methods significantly (p-value<0.01). This suggests the potential of GHMM for applications in orthopedic surgical navigation and object localization. Furthermore, even under different noises and lower overlap ratio conditions, all evaluation metrics of GHMM are superior to other probabilistic methods, demonstrating GHMM's great capability to handle the partial-to-full registration problem and robustness to disturbances.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
不嘻嘻嘻的应助被科研通管家采纳,获得10
刚刚
丘比特的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
情怀的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
2秒前
川桜完成签到 ,获得积分10
3秒前
mangguobale发布了新的文献求助10
4秒前
ding的应助被乐观海燕采纳,获得10
5秒前
乐乐的应助被学术废物www采纳,获得10
5秒前
6秒前
猛猛冲完成签到,获得积分10
6秒前
Nole的应助被欢欢欢乐乐乐乐采纳,获得10
7秒前
机灵的沂发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
Anton完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
12秒前
13秒前
14秒前
秋风的应助被阿城采纳,获得10
14秒前
大力蚂蚁发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
舒适店员发布了新的文献求助10
15秒前
李静雯完成签到 ,获得积分10
17秒前
乐观海燕发布了新的文献求助10
18秒前
Owen的应助被Doctor_Peng采纳,获得10
18秒前
18秒前
新角度77发布了新的文献求助10
18秒前
王添赟发布了新的文献求助10
19秒前
CodeCraft的应助被懒洋洋采纳,获得10
19秒前
香蕉觅云的应助被march采纳,获得10
19秒前
20秒前
20秒前
SYX发布了新的文献求助10
20秒前
chenn完成签到,获得积分20
21秒前
shi发布了新的文献求助10
21秒前
21秒前
orixero的应助被ayu采纳,获得10
22秒前
qkdwwz完成签到 ,获得积分20
23秒前
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Rosenblum, Global Change Biology 800
自動車の空力技術 800
Biographisches Lexikon der hervorragenden Ärzte der letzten fünfzig Jahre [1880–1930]. Zugleich Fortsetzung des Biographischen Lexikons der hervorragenden Ärzte aller Zeiten und Völker 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Issues in Task-Based Language Teaching 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7787002
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9325569
关于积分的说明 20406090
捐赠科研通 7375938
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3321902
关于科研通互助平台的介绍 2469811
邀请新用户注册赠送积分活动 2338604