电气工程与系统科学 > 图像与视频处理
[提交于 2025年7月1日
(v1)
,最后修订 2025年7月8日 (此版本, v2)]
标题: 通过深度平衡模型弥合经典和基于学习的迭代配准
标题: Bridging Classical and Learning-based Iterative Registration through Deep Equilibrium Models
摘要: 可变形医学图像配准传统上被表述为一个优化问题。 虽然经典方法通过迭代解决这个问题,但最近的基于学习的方法使用循环神经网络(RNN)通过在固定步骤数内展开形变场的预测来模仿这一过程。 然而,经典方法通常在足够迭代后收敛,但基于学习的展开方法缺乏理论上的收敛保证,并且在实践中表现出不稳定性。 此外,展开方法在训练时有一个实际的瓶颈:由于时间反向传播(BPTT),GPU内存使用量随着展开步骤线性增长。 为了解决理论和实践上的挑战,我们提出了DEQReg,一种基于深度平衡模型(DEQ)的新配准框架,它将配准表述为寻找平衡的问题,建立了经典优化方法和基于学习的展开方法之间的自然联系。 DEQReg保持恒定的内存使用量,从而实现理论上无限的迭代步骤。 通过在公开的脑部MRI和肺部CT数据集上的广泛评估,我们表明DEQReg可以实现具有竞争力的配准性能,同时相比最先进的展开方法显著减少了内存消耗。 我们还揭示了一个有趣的现象:当推理步骤超过训练配置时,现有展开方法的性能先略有提高,然后不可逆地下降。 相比之下,DEQReg通过其内置的平衡寻找机制实现了稳定的收敛,弥合了基于经典优化和现代基于学习的配准方法之间的差距。
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