Magnetic resonance imaging (MRI) is a principal radiological modality that provides radiation-free, abundant, and diverse information about the whole human body for medical diagnosis, but suffers from prolonged scan time. The scan time can be significantly reduced through k-space undersampling but the introduced artifacts need to be removed in image reconstruction. Although deep learning (DL) has emerged as a powerful tool for image reconstruction in fast MRI, its potential in multiple imaging scenarios remains largely untapped. This is because not only collecting large-scale and diverse realistic training data is generally costly and privacy-restricted, but also existing DL methods are hard to handle the practically inevitable mismatch between training and target data. Here, we present a Physics-Informed Synthetic data learning framework for Fast MRI, called PISF, which is the first to enable generalizable DL for multi-scenario MRI reconstruction using solely one trained model. For a 2D image, the reconstruction is separated into many 1D basic problems and starts with the 1D data synthesis, to facilitate generalization. We demonstrate that training DL models on synthetic data, integrated with enhanced learning techniques, can achieve comparable or even better in vivo MRI reconstruction compared to models trained on a matched realistic dataset, reducing the demand for real-world MRI data by up to 96%. Moreover, our PISF shows impressive generalizability in multi-vendor multi-center imaging. Its excellent adaptability to patients has been verified through 10 experienced doctors' evaluations. PISF provides a feasible and cost-effective way to markedly boost the widespread usage of DL in various fast MRI applications, while freeing from the intractable ethical and practical considerations of in vivo human data acquisitions.


翻译:磁共振成像(MRI)是一种主要的放射学模态,能为医学诊断提供无辐射、丰富且多样的人体全身信息,但存在扫描时间过长的问题。通过k空间欠采样可显著缩短扫描时间,但引入的伪影需在图像重建中去除。尽管深度学习(DL)已成为快速MRI图像重建的有力工具,其在多成像场景中的潜力尚未充分挖掘。这不仅是因为收集大规模、多样化的真实训练数据通常成本高昂且受隐私限制,还因为现有DL方法难以处理训练数据与目标数据之间实际不可避免的失配问题。本文提出首个物理信息合成数据学习框架PISF(Physics-Informed Synthetic data learning framework for Fast MRI),该方法仅使用单一训练模型即可实现多场景MRI重建的泛化DL。对于二维图像,重建被分解为多个一维基本问题,并从一维数据合成开始以促进泛化。我们证明,在合成数据上训练DL模型并整合增强学习技术,可实现与在匹配真实数据集上训练的模型相当甚至更优的活体MRI重建,将真实MRI数据需求量降低高达96%。此外,我们的PISF在多供应商多中心成像中展现出令人印象深刻的泛化能力。通过10位经验丰富的医生的评估,验证了其对患者的优异适应性。PISF提供了一种可行且经济高效的方式,显著推动DL在各类快速MRI应用中的广泛使用,同时摆脱了活体人体数据采集中棘手的伦理和实际问题。

0
下载
关闭预览

相关内容

FAST:Conference on File and Storage Technologies。 Explanation:文件和存储技术会议。 Publisher:USENIX。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/conf/fast/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
5+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:33
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员