Solving the inverse problem is the key step in evaluating the capacity of a physical model to describe real phenomena. In medical image computing, it aligns with the classical theme of image-based model personalization. Traditionally, a solution to the problem is obtained by performing either sampling or variational inference based methods. Both approaches aim to identify a set of free physical model parameters that results in a simulation best matching an empirical observation. When applied to brain tumor modeling, one of the instances of image-based model personalization in medical image computing, the overarching drawback of the methods is the time complexity for finding such a set. In a clinical setting with limited time between imaging and diagnosis or even intervention, this time complexity may prove critical. As the history of quantitative science is the history of compression, we align in this paper with the historical tendency and propose a method compressing complex traditional strategies for solving an inverse problem into a simple database query task. We evaluated different ways of performing the database query task assessing the trade-off between accuracy and execution time. On the exemplary task of brain tumor growth modeling, we prove that the proposed method achieves one order speed-up compared to existing approaches for solving the inverse problem. The resulting compute time offers critical means for relying on more complex and, hence, realistic models, for integrating image preprocessing and inverse modeling even deeper, or for implementing the current model into a clinical workflow.


翻译:解决反向问题是评估物理模型描述真实现象的能力的关键步骤。在医学图像计算中,该模型与基于图像的模型个性化模式的典型主题相一致。传统上,通过抽样或变异推论方法可以找到解决问题的办法。两种方法都旨在确定一套自由物理模型参数,这些参数的模拟结果最能匹配经验观测。当应用到脑肿瘤模型时,基于图像的模型个人化模型模型在医学图像计算中的个性化实例之一,该方法的总体缺陷是找到这样一个模型的时间复杂性。在成像和诊断甚至干预之间时间有限的临床环境中,这一时间复杂性可能证明至关重要。由于定量科学的历史是压缩的历史,我们在本文中将一个方法将解决反向问题的复杂传统战略与简单的数据库查询任务结合起来。我们评估了在医学图像计算中评估准确性和执行时间之间的取舍的不同方法。关于脑肿瘤模型模型模型的模范式任务,我们证明,拟议的方法甚至实现了一个顺序的快速速度,比现有的更精确的模型化方法更精确地整合了当前和更精确的模型的实施方式。

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