This paper presents NeurEPDiff, a novel network to fast predict the geodesics in deformation spaces generated by a well known Euler-Poincar\'e differential equation (EPDiff). To achieve this, we develop a neural operator that for the first time learns the evolving trajectory of geodesic deformations parameterized in the tangent space of diffeomorphisms(a.k.a velocity fields). In contrast to previous methods that purely fit the training images, our proposed NeurEPDiff learns a nonlinear mapping function between the time-dependent velocity fields. A composition of integral operators and smooth activation functions is formulated in each layer of NeurEPDiff to effectively approximate such mappings. The fact that NeurEPDiff is able to rapidly provide the numerical solution of EPDiff (given any initial condition) results in a significantly reduced computational cost of geodesic shooting of diffeomorphisms in a high-dimensional image space. Additionally, the properties of discretiztion/resolution-invariant of NeurEPDiff make its performance generalizable to multiple image resolutions after being trained offline. We demonstrate the effectiveness of NeurEPDiff in registering two image datasets: 2D synthetic data and 3D brain resonance imaging (MRI). The registration accuracy and computational efficiency are compared with the state-of-the-art diffeomophic registration algorithms with geodesic shooting.


翻译:本文展示了 NeurEPDiff, 这是一种新颖的网络, 用来快速预测由众所周知的 Euler- Poincar\'e diff 差异方程式生成的变形空间中的大地学特征。 为了实现这一点, 我们开发了一个神经操作器, 首次学会了在 diffeomomistism( a.k.a 速度字段) 相近空间中参数化的地貌变形的演变轨迹。 与以前完全适合培训图像的方法相比, 我们提议的 NeurEPDiff 学习了时间依赖性速度字段之间的非线性绘图功能。 NeurEPDiff 的每个层都设计了集成操作员和平稳启动功能的构成,以有效估计这些映像。 NeurEPDiff 能够快速提供 EPDiff 的数值解决方案( 任何初始条件) 导致在高空图像空间中进行地貌变形射击的计算成本显著降低。 此外, NeurEPDiff 的离线/分辨率分析特性使得其性性性运行状态能够对多图像数据进行登记。</s>

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