Large longitudinal studies provide lots of valuable information, especially in medical applications. A problem which must be taken care of in order to utilize their full potential is that of correlation between intra-subject measurements taken at different times. For data in Euclidean space this can be done with hierarchical models, that is, models that consider intra-subject and between-subject variability in two different stages. Nevertheless, data from medical studies often takes values in nonlinear manifolds. Here, as a first step, geodesic hierarchical models have been developed that generalize the linear ansatz by assuming that time-induced intra-subject variations occur along a generalized straight line in the manifold. However, this is often not the case (e.g., periodic motion or processes with saturation). We propose a hierarchical model for manifold-valued data that extends this to include trends along higher-order curves, namely B\'ezier splines in the manifold. To this end, we present a principled way of comparing shape trends in terms of a functional-based Riemannian metric. Remarkably, this metric allows efficient, yet simple computations by virtue of a variational time discretization requiring only the solution of regression problems. We validate our model on longitudinal data from the osteoarthritis initiative, including classification of disease \emph{progression}.


翻译:大型纵向研究提供了许多宝贵的信息,特别是在医疗应用方面。为了充分利用其全部潜力,必须注意一个问题,即不同时间在实验对象内部测量之间的相关性问题。对于在Euclidean空间的数据,这可以用等级模型来进行,也就是说,在两个不同阶段中考虑本体内和本体间变异的模型。然而,医学研究的数据往往取非线性多元体的值。作为第一步,我们开发了大地分级模型,将线性反射值的典型化为一般化,假设时源性内部变异会沿一个普遍直线在多管中发生。然而,这种情况往往不是这种情况(例如,定期运动或过程加饱和)。我们提出了多值数据的等级模型,将高阶曲线的趋势也包括在内,即B\'ezier 样条纹图在多端中。为此,我们提出了一种原则性的方法,用基于功能的里曼度指标来比较成形趋势趋势趋势趋势,即假设由一个普遍的直线性直线性直线线线线线线内变变变变。这个指标允许通过一个变化的模型,但又简单计算方法从一个变化性平流的模型来计算,包括需要我们不断变化的分级变化的分级变化的分级变化的分级变化的数据。

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