Deep-learning-based registration methods emerged as a fast alternative to conventional registration methods. However, these methods often still cannot achieve the same performance as conventional registration methods because they are either limited to small deformation or they fail to handle a superposition of large and small deformations without producing implausible deformation fields with foldings inside. In this paper, we identify important strategies of conventional registration methods for lung registration and successfully developed the deep-learning counterpart. We employ a Gaussian-pyramid-based multilevel framework that can solve the image registration optimization in a coarse-to-fine fashion. Furthermore, we prevent foldings of the deformation field and restrict the determinant of the Jacobian to physiologically meaningful values by combining a volume change penalty with a curvature regularizer in the loss function. Keypoint correspondences are integrated to focus on the alignment of smaller structures. We perform an extensive evaluation to assess the accuracy, the robustness, the plausibility of the estimated deformation fields, and the transferability of our registration approach. We show that it achieves state-of-the-art results on the COPDGene dataset compared to conventional registration method with much shorter execution time. In our experiments on the DIRLab exhale to inhale lung registration, we demonstrate substantial improvements (TRE below $1.2$ mm) over other deep learning methods. Our algorithm is publicly available at https://grand-challenge.org/algorithms/deep-learning-based-ct-lung-registration/.


翻译:然而,这些方法往往不能取得与常规登记方法相同的效果,因为它们要么局限于小变形,要么它们无法处理大小变形的叠加,而没有产生无法令人相信的折叠变形场。在本文件中,我们确定了肺部登记常规登记方法的重要战略,并成功地开发了深学习对应方。我们采用了一个基于Gausian-pyramid的多层次框架,能够以粗略至粗略的方式解决图像登记优化问题。此外,我们防止变形字段折叠,并且将Jacobian的决定因素限于生理上有意义的价值,办法是在损失函数中将数量变换罚款与曲线调节器合并。关键点通信被整合到侧重于较小结构的调整上。我们进行了广泛的评估,以评估准确性、稳健性、估计的变形场的可信任性以及我们注册方法的可转移性。我们显示,在QDGenerealimal-alligal-alligal-allistal-destrual-destrual-ex-legal-legal-ex-destrual-destrual-ex-destrubal-de-ex-destreval-de-de-de-de-ex-ex-ex-ex-destrual-destrual-destrual-destrubal-ex-ex-de-ex-ex-ex-ex-ex-ex-ex-ex-ex-ex-ex-de-de-de-mo-ex-moxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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