Zero-Shot Self-Supervised Learning (ZS-SSL) has emerged as a promising paradigm for accelerated Magnetic Resonance Imaging (MRI) reconstruction, eliminating the reliance on fully-sampled external datasets. However, learning solely from a single under-sampled scan suffers from supervision scarcity and optimization instability, often leading to overfitting or artifacts. To address these challenges, we propose a robust physics-driven ZS-SSL framework that synergizes physical consistency with image-domain non-local priors. Our method introduces three core innovations: (1) a Coil Sensitivity Map (CSM)-Guided Dynamic Repository, which stabilizes the training trajectory by filtering physically inconsistent artifacts based on coil sensitivity constraints; (2) a SPIRiT-based regularization, which enforces k-space self-consistency via a learned correlation kernel and stochastic masking; (3) a Non-Local Self-Similarity (NSS) Pixel Bank, which leverages the high-fidelity reference established by the former modules to explicitly mine non-local anatomical similarities, thereby augmenting supervision in the image domain. Extensive experiments on the FastMRI dataset demonstrate that our approach achieves state-of-the-art performance, particularly under high acceleration factors, effectively bridging the gap between zero-shot learning and supervised methods. The code is available at https://github.com/Zolento/NS-SSL.


翻译:零样本自监督学习(ZS-SSL)已成为加速磁共振成像(MRI)重建中的一种有前景的范式,消除了对全采样外部数据集的依赖。然而,仅从单个欠采样扫描中学习存在监督稀缺和优化不稳定的问题,常导致过拟合或伪影。为应对这些挑战,我们提出了一种稳健的物理驱动ZS-SSL框架,将物理一致性与图像域非局部先验协同结合。我们的方法引入了三项核心创新:(1)线圈灵敏度图(CSM)引导的动态存储库,通过基于线圈灵敏度约束过滤物理不一致的伪影,稳定训练轨迹;(2)基于SPIRiT的正则化,通过学习到的相关核和随机掩蔽强制k空间自一致性;(3)非局部自相似性(NSS)像素库,利用前序模块建立的高保真参考,显式挖掘非局部解剖相似性,从而增强图像域的监督。在FastMRI数据集上的大量实验表明,我们的方法实现了最先进的性能,特别是在高加速因子下,有效弥合了零样本学习与监督方法之间的差距。代码可在https://github.com/Zolento/NS-SSL获取。

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