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Fourier-Net: Schnelle Bildregistrierung mit bandbegrenzter Deformation

Xi Jia Joseph Bartlett Wei Chen Siyang Song Tianyang Zhang Xinxing Cheng Wenci Lu Zhaowen Qiu Jimming Duan

Zusammenfassung

Die unüberwachte Bildregistrierung verwendet häufig Netzwerke im Stil von U-Net, um dichte Verschiebungsfelder im vollen räumlichen Auflösungsvermögen vorherzusagen. Für hochaufgelöste volumetrische Bilddaten ist dieser Prozess jedoch ressourcenintensiv und zeitaufwendig. Um dieses Problem zu lösen, schlagen wir das Fourier-Net vor, bei dem der expansive Pfad eines U-Net-stiligen Netzwerks durch einen modellgetriebenen Decoder ohne Parameter ersetzt wird. Insbesondere lernt unser Fourier-Net nicht, ein dichtes Verschiebungsfeld im vollen räumlichen Auflösungsvermögen auszugeben, sondern seine niedrigdimensionale Darstellung in einem bandbegrenzten Fourier-Bereich. Diese Darstellung wird dann durch unseren entwickelten modellgetriebenen Decoder (bestehend aus einer Null-Padding-Schicht und einer inversen diskreten Fourier-Transformationsschicht) in das dichte, voll aufgelöste Verschiebungsfeld im räumlichen Bereich decodiert. Diese Änderungen ermöglichen es unserem unüberwachten Fourier-Net, weniger Parameter und Rechenoperationen zu haben, was zu schnelleren Inferenzgeschwindigkeiten führt. Das Fourier-Net wurde dann anhand zweier öffentlicher 3D-Gehirndatensätze gegenüber verschiedenen Stand-of-the-Art-Ansätzen evaluiert. Zum Beispiel erreicht unser Fourier-Net bei Vergleich mit einer kürzlich veröffentlichten transformer-basierten Methode namens TransMorph, die nur 2,2 % ihrer Parameter und 6,66 % der Multiplikations-Additionsoperationen verwendet, einen 0,5 % höheren Dice-Wert und eine Inferenzgeschwindigkeit, die 11,48-mal schneller ist. Der Quellcode ist unter \url{https://github.com/xi-jia/Fourier-Net} verfügbar.


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