Deep networks are now ubiquitous in large-scale multi-center imaging studies. However, the direct aggregation of images across sites is contraindicated for downstream statistical and deep learning-based image analysis due to inconsistent contrast, resolution, and noise. To this end, in the absence of paired data, variations of Cycle-consistent Generative Adversarial Networks have been used to harmonize image sets between a source and target domain. Importantly, these methods are prone to instability, contrast inversion, intractable manipulation of pathology, and steganographic mappings which limit their reliable adoption in real-world medical imaging. In this work, based on an underlying assumption that morphological shape is consistent across imaging sites, we propose a segmentation-renormalized image translation framework to reduce inter-scanner heterogeneity while preserving anatomical layout. We replace the affine transformations used in the normalization layers within generative networks with trainable scale and shift parameters conditioned on jointly learned anatomical segmentation embeddings to modulate features at every level of translation. We evaluate our methodologies against recent baselines across several imaging modalities (T1w MRI, FLAIR MRI, and OCT) on datasets with and without lesions. Segmentation-renormalization for translation GANs yields superior image harmonization as quantified by Inception distances, demonstrates improved downstream utility via post-hoc segmentation accuracy, and improved robustness to translation perturbation and self-adversarial attacks.


翻译:深度网络现已在大型多中心成像研究中普遍存在,然而,由于对比度、分辨率和噪音不一致,不同地点图像的直接集成在下游统计和深学习图像分析中与下游统计和深层次学习的图像分析不一致。为此,在没有配对数据的情况下,利用循环兼容的基因反向网络的变异来协调源和目标域之间的图像集。重要的是,这些方法容易出现不稳定、对比反向、难以操作的病理学和直径图绘制,从而限制在现实世界医学成像中可靠地采用这些图象。在这项工作中,基于一种基本假设,即成形形状在成像地点之间是一致的,因此我们提议一个分层化的重新标准化图像翻译框架,以减少不同周期的扫描器异性,同时保持解剖面结构。我们用可训练的规模和改变参数取代了归正解层网络内标准化层中使用的近似变形变形变形,以共同学习的解剖分解为每个翻译层次的调制特征为条件。我们根据以下方法评估了最近的下下级变形精度方法,通过一些成型结构变形模型,通过图像流分析模型进行升级的升级和变形分析。

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