Delineating the associations between images and a vector of covariates is of central interest in medical imaging studies. To tackle this problem of image response regression, we propose a novel nonparametric approach in the framework of spatially varying coefficient models, where the spatially varying functions are estimated through deep neural networks. Compared to existing solutions, the proposed method explicitly accounts for spatial smoothness and subject heterogeneity, has straightforward interpretations, and is highly flexible and accurate in capturing complex association patterns. A key idea in our approach is to treat the image voxels as the effective samples, which not only alleviates the limited sample size issue that haunts the majority of medical imaging studies, but also leads to more robust and reproducible results. Focusing on a broad family of piecewise smooth functions, we establish the estimation and selection consistency, and derive the asymptotic error bounds. We demonstrate the efficacy of the method through intensive simulations, and further illustrate its advantages with analyses of two functional magnetic resonance imaging datasets.


翻译:在医学成像研究中,解析图像和共变矢量之间的联系具有核心意义。为了解决图像回复回归的问题,我们提议在空间差异系数模型框架内采用新的非参数方法,通过深神经网络对空间差异功能进行估计。与现有解决方案相比,拟议方法明确说明空间平滑性和主题异质性,直截了当地解释,在捕捉复杂的关联模式时非常灵活和准确。我们方法中的一个关键思想是将图像氧化物作为有效样本,这不仅缓解了困扰大多数医学成像研究的有限样本规模问题,而且还导致更稳健和可复制的结果。我们注重一个由小片光滑功能组成的大系列,我们建立估算和选择的一致性,并得出无症状误差的界限。我们通过密集的模拟来展示该方法的功效,并进一步展示其通过分析两种功能磁共振成像成像数据集的优势。

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