In model-based medical image analysis, three features of interest are the shape of structures of interest, their relative pose, and image intensity profiles representative of some physical property. Often, these are modelled separately through statistical models by decomposing the object's features into a set of basis functions through principal geodesic analysis or principal component analysis. This study presents a statistical modelling method for automatic learning of shape, pose and intensity features in medical images which we call the Dynamic multi feature-class Gaussian process models (DMFC-GPM). A DMFC-GPM is a Gaussian process (GP)-based model with a shared latent space that encodes linear and non-linear variation. Our method is defined in a continuous domain with a principled way to represent shape, pose and intensity feature classes in a linear space, based on deformation fields. A deformation field-based metric is adapted in the method for modelling shape and intensity feature variation as well as for comparing rigid transformations (pose). Moreover, DMFC-GPMs inherit properties intrinsic to GPs including marginalisation and regression. Furthermore, they allow for adding additional pose feature variability on top of those obtained from the image acquisition process; what we term as permutation modelling. For image analysis tasks using DMFC-GPMs, we adapt Metropolis-Hastings algorithms making the prediction of features fully probabilistic. We validate the method using controlled synthetic data and we perform experiments on bone structures from CT images of the shoulder to illustrate the efficacy of the model for pose and shape feature prediction. The model performance results suggest that this new modelling paradigm is robust, accurate, accessible, and has potential applications including the management of musculoskeletal disorders and clinical decision making


翻译:在基于模型的医疗图像分析中,三个令人感兴趣的特征是利益结构的形状、其相对面貌和反映某些物理属性的图像强度剖面。这些特征通常通过统计模型分别模型,通过主要大地学分析或主要组成部分分析,将物体的特征分解成一组基础功能,通过主要大地学分析或主要组成部分分析,为自动学习医学图像中的形状、形状和强度特征提供了统计建模方法,我们称之为动态多特征类高斯进程模型(DMFFC-GPM)。DMFC-GMM是一个基于Gaussian进程的模型(GP)基础模型,具有共同的潜在空间,可以编码线性和非线性图像的模型变异。我们的方法是在一个连续的领域,以基于变形场分析的方式,将物体的特征分层、形状和强度特性分为一组。一个基于变形的实地测量方法,用于模拟形状和强度特征变异,以及比较僵化模型的变异模型,包括边缘化和回归。此外,这些方法还允许在可理解的模型中添加更多的特征变异性模型,我们通过这些变动的模型进行模型的模型分析。

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