Longitudinal diffusion MRI analysis using Segis-Net: A single-step deep-learning framework for simultaneous segmentation and registration

分割 计算机科学 人工智能 模式识别(心理学) 卷积神经网络 深度学习 一致性(知识库) 人工神经网络 图像分割 磁共振弥散成像 磁共振成像 医学 放射科
作者
Bo Li,Wiro J. Niessen,Stefan Klein,Marius de Groot,M. Arfan Ikram,Meike W. Vernooij,Esther E. Bron
出处
期刊:NeuroImage [Elsevier BV]
卷期号:235: 118004-118004 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.neuroimage.2021.118004
摘要

This work presents a single-step deep-learning framework for longitudinal image analysis, coined Segis-Net. To optimally exploit information available in longitudinal data, this method concurrently learns a multi-class segmentation and nonlinear registration. Segmentation and registration are modeled using a convolutional neural network and optimized simultaneously for their mutual benefit. An objective function that optimizes spatial correspondence for the segmented structures across time-points is proposed. We applied Segis-Net to the analysis of white matter tracts from N=8045 longitudinal brain MRI datasets of 3249 elderly individuals. Segis-Net approach showed a significant increase in registration accuracy, spatio-temporal segmentation consistency, and reproducibility comparing with two multistage pipelines. This also led to a significant reduction in the sample-size that would be required to achieve the same statistical power in analyzing tract-specific measures. Thus, we expect that Segis-Net can serve as a new reliable tool to support longitudinal imaging studies to investigate macro- and microstructural brain changes over time.
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