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 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。为了充分发挥其潜力,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。对于欧几里德空间的数据,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实验对象内部和实验对象之间变异的模型。然而,医学研究的数据往往取非线性体积的值。作为第一步,我们开发了大地学等级模型,将线性反射测距的模型加以概括化,假设时源性内部变异会沿着一个总直线在多管内发生。然而,这种情况往往不是这种情况(例如,定期运动或有饱和度的过程)。我们提出了多重价值数据的等级模型,将这种数据扩展包括沿较高顺序曲线的趋势,即“B”和“Ezier 样条线性图”的数值。为此,我们提出了一种原则性的方法,用基于功能性的里曼度的测量度来比较线性成形趋势趋势。显然,这一指标允许通过一种变化性、但简单的模型,根据我们不同程度的模型来计算,只是要求我们不同程度的病态的模型,我们病态的分级的分级分析。

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