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Enregistrement W4389037316 · doi:10.1002/mp.16844

MRI motion artifact reduction using a conditional diffusion probabilistic model (MAR‐CDPM)

2023· article· en· W4389037316 sur OpenAlexafffund
Mojtaba Safari, Xiaofeng Yang, Ali Fatemi, Louis Archambault

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueAdvanced MRI Techniques and Applications
Établissements canadiensUniversité Laval
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésArtifact (error)Artificial intelligenceFluid-attenuated inversion recoveryComputer scienceMagnetic resonance imagingDiffusion MRIComputer visionReal-time MRIDiffusion imagingPattern recognition (psychology)Nuclear medicineMedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background High‐resolution magnetic resonance imaging (MRI) with excellent soft‐tissue contrast is a valuable tool utilized for diagnosis and prognosis. However, MRI sequences with long acquisition time are susceptible to motion artifacts, which can adversely affect the accuracy of post‐processing algorithms. Purpose This study proposes a novel retrospective motion correction method named “motion artifact reduction using conditional diffusion probabilistic model” (MAR‐CDPM). The MAR‐CDPM aimed to remove motion artifacts from multicenter three‐dimensional contrast‐enhanced T1 magnetization‐prepared rapid acquisition gradient echo (3D ceT1 MPRAGE) brain dataset with different brain tumor types. Materials and methods This study employed two publicly accessible MRI datasets: one containing 3D ceT1 MPRAGE and 2D T2‐fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) images from 230 patients with diverse brain tumors, and the other comprising 3D T1‐weighted (T1W) MRI images of 148 healthy volunteers, which included real motion artifacts. The former was used to train and evaluate the model using the in silico data, and the latter was used to evaluate the model performance to remove real motion artifacts. A motion simulation was performed in k ‐space domain to generate an in silico dataset with minor, moderate, and heavy distortion levels. The diffusion process of the MAR‐CDPM was then implemented in k ‐space to convert structure data into Gaussian noise by gradually increasing motion artifact levels. A conditional network with a Unet backbone was trained to reverse the diffusion process to convert the distorted images to structured data. The MAR‐CDPM was trained in two scenarios: one conditioning on the time step of the diffusion process, and the other conditioning on both and T2‐FLAIR images. The MAR‐CDPM was quantitatively and qualitatively compared with supervised Unet, Unet conditioned on T2‐FLAIR, CycleGAN, Pix2pix, and Pix2pix conditioned on T2‐FLAIR models. To quantify the spatial distortions and the level of remaining motion artifacts after applying the models, quantitative metrics were reported including normalized mean squared error (NMSE), structural similarity index (SSIM), multiscale structural similarity index (MS‐SSIM), peak signal‐to‐noise ratio (PSNR), visual information fidelity (VIF), and multiscale gradient magnitude similarity deviation (MS‐GMSD). Tukey's Honestly Significant Difference multiple comparison test was employed to quantify the difference between the models where p ‐value was considered statistically significant. Results Qualitatively, MAR‐CDPM outperformed these methods in preserving soft‐tissue contrast and different brain regions. It also successfully preserved tumor boundaries for heavy motion artifacts, like the supervised method. Our MAR‐CDPM recovered motion‐free in silico images with the highest PSNR and VIF for all distortion levels where the differences were statistically significant ( p ‐values ). In addition, our method conditioned on t and T2‐FLAIR outperformed ( p ‐values ) other methods to remove motion artifacts from the in silico dataset in terms of NMSE, MS‐SSIM, SSIM, and MS‐GMSD. Moreover, our method conditioned on only t outperformed generative models ( p ‐values ) and had comparable performances compared with the supervised model ( p ‐values ) to remove real motion artifacts. Conclusions The MAR‐CDPM could successfully remove motion artifacts from 3D ceT1 MPRAGE. It is particularly beneficial for elderly who may experience involuntary movements during high‐resolution MRI imaging with long acquisition times.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,865
Score d'incertitude au seuil0,394

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,057
Tête enseignante GPT0,357
Écart entre enseignants0,300 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations24
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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