Many registration approaches exist with early work focusing on optimization-based approaches for image pairs. Recent work focuses on deep registration networks to predict spatial transformations. In both cases, commonly used non-parametric registration models, which estimate transformation functions instead of low-dimensional transformation parameters, require choosing a suitable regularizer (to encourage smooth transformations) and its parameters. This makes models difficult to tune and restricts deformations to the deformation space permissible by the chosen regularizer. While deep-learning models for optical flow exist that do not regularize transformations and instead entirely rely on the data these might not yield diffeomorphic transformations which are desirable for medical image registration. In this work, we therefore develop GradICON building upon the unsupervised ICON deep-learning registration approach, which only uses inverse-consistency for regularization. However, in contrast to ICON, we prove and empirically verify that using a gradient inverse-consistency loss not only significantly improves convergence, but also results in a similar implicit regularization of the resulting transformation map. Synthetic experiments and experiments on magnetic resonance (MR) knee images and computed tomography (CT) lung images show the excellent performance of GradICON. We achieve state-of-the-art (SOTA) accuracy while retaining a simple registration formulation, which is practically important.


翻译:在这两种情况下,通常使用的非参数登记模型,即估计转换功能而不是低维变异参数的GradICON系统,需要选择适当的正规化器(以鼓励顺利变换)及其参数。但是,与ICON系统相比,我们证明并用经验核实,使用偏向偏向损失不仅显著地提高了趋同性,而且还导致由此产生的变异图的类似隐含的正规化。

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