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Geometry-Consistent Adversarial Registration Model for Unsupervised Multi-Modal Medical Image Registration

图像配准 计算机科学 人工智能 情态动词 计算机视觉 翻译(生物学) 相似性(几何) 模态(人机交互) 医学影像学 保险丝(电气) 比例(比率) 基本事实 图像(数学) 图像翻译 模式识别(心理学) 信使核糖核酸 电气工程 物理 工程类 基因 量子力学 生物化学 化学 高分子化学
作者
Yanxia Liu,Wenqi Wang,Yuhong Li,Haoyu Lai,Sijuan Huang,Xin Yang
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (7): 3455-3466 被引量:12
标识
DOI:10.1109/jbhi.2023.3270199
摘要

Deformable multi-modal medical image registration aligns the anatomical structures of different modalities to the same coordinate system through a spatial transformation. Due to the difficulties of collecting ground-truth registration labels, existing methods often adopt the unsupervised multi-modal image registration setting. However, it is hard to design satisfactory metrics to measure the similarity of multi-modal images, which heavily limits the multi-modal registration performance. Moreover, due to the contrast difference of the same organ in multi-modal images, it is difficult to extract and fuse the representations of different modal images. To address the above issues, we propose a novel unsupervised multi-modal adversarial registration framework that takes advantage of image-to-image translation to translate the medical image from one modality to another. In this way, we are able to use the well-defined uni-modal metrics to better train the models. Inside our framework, we propose two improvements to promote accurate registration. First, to avoid the translation network learning spatial deformation, we propose a geometry-consistent training scheme to encourage the translation network to learn the modality mapping solely. Second, we propose a novel semi-shared multi-scale registration network that extracts features of multi-modal images effectively and predicts multi-scale registration fields in an coarse-to-fine manner to accurately register the large deformation area. Extensive experiments on brain and pelvic datasets demonstrate the superiority of the proposed method over existing methods, revealing our framework has great potential in clinical application.
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