Three-dimensional (3D) imaging is extremely popular in medical imaging as it enables diagnosis and disease monitoring through complete anatomical coverage. Computed Tomography or Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques are commonly used, however, anisotropic volumes with thick slices are often acquired to reduce scan times. Deep learning (DL) can be used to recover high-resolution features in the low-resolution dimension through super-resolution reconstruction (SRR). However, this often relies on paired training data which is unavailable in many medical applications. We describe a novel approach that only requires native anisotropic 3D medical images for training. This method relies on the observation that small 2D patches extracted from a 3D volume contain similar visual features, irrespective of their orientation. Therefore, it is possible to leverage disjoint patches from the high-resolution plane, to learn SRR in the low-resolution plane. Our proposed unpaired approach uses a modified CycleGAN architecture with a cycle-consistent gradient mapping loss: Cycle Loss Augmented Degradation Enhancement (CLADE). We show the feasibility of CLADE in an exemplar application; anisotropic 3D abdominal MRI data. We demonstrate superior quantitative image quality with CLADE over supervised learning and conventional CycleGAN architectures. CLADE also shows improvements over anisotopic volumes in terms of qualitative image ranking and quantitative edge sharpness and signal-to-noise ratio. This paper demonstrates the potential of using CLADE for super-resolution reconstruction of anisotropic 3D medical imaging data without the need for paired training data.


翻译:三维(3D)成像因能通过完整解剖覆盖实现诊断与疾病监测,在医学成像领域极为普及。尽管计算机断层扫描或磁共振成像技术已广泛使用,但为缩短扫描时间,常需采集具有厚层厚度的各向异性体数据。深度学习可通过超分辨率重建提取低分辨率维度中的高分辨率特征。然而,该方法通常依赖配对训练数据,这在许多医学应用中难以获取。本文提出一种仅需原生各向异性三维医学图像进行训练的新方法。该方法基于以下观察:从三维体数据中提取的二维小图像块,无论其方向如何,均包含相似的视觉特征。因此,可利用高分辨率平面中不重叠的图像块,学习低分辨率平面的超分辨率重建。我们提出的非配对方法采用改进的CycleGAN架构,结合了循环一致性梯度映射损失:循环损失增强退化补偿。通过各向异性三维腹部MRI数据的典型应用,验证了CLADE的可行性。研究表明,CLADE在定量图像质量上优于监督学习及传统CycleGAN架构。在定性图像排序、定量边缘锐度及信噪比方面,CLADE相较于各向异性体数据也表现出显著提升。本文证明了CLADE在无需配对训练数据的情况下,实现各向异性三维医学成像数据超分辨率重建的潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
47+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
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 自回归Boltzmann生成器重塑分子采样
专知会员服务
0+阅读 · 54分钟前
GNN跨域综述:从消息传递到图基础模型
专知会员服务
0+阅读 · 56分钟前
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
11+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
47+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员