High-resolution MRI synthesis using a data-driven framework with denoising diffusion probabilistic modeling
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective . High-resolution magnetic resonance imaging (MRI) can enhance lesion diagnosis, prognosis, and delineation. However, gradient power and hardware limitations prohibit recording thin slices or sub-1 mm resolution. Furthermore, long scan time is not clinically acceptable. Conventional high-resolution images generated using statistical or analytical methods include the limitation of capturing complex, high-dimensional image data with intricate patterns and structures. This study aims to harness cutting-edge diffusion probabilistic deep learning techniques to create a framework for generating high-resolution MRI from low-resolution counterparts, improving the uncertainty of denoising diffusion probabilistic models (DDPM). Approach . DDPM includes two processes. The forward process employs a Markov chain to systematically introduce Gaussian noise to low-resolution MRI images. In the reverse process, a U-Net model is trained to denoise the forward process images and produce high-resolution images conditioned on the features of their low-resolution counterparts. The proposed framework was demonstrated using T2-weighted MRI images from institutional prostate patients and brain patients collected in the Brain Tumor Segmentation Challenge 2020 (BraTS2020). Main results . For the prostate dataset, the bicubic interpolation model (Bicubic), conditional generative-adversarial network (CGAN), and our proposed DDPM framework improved the noise quality measure from low-resolution images by 4.4%, 5.7%, and 12.8%, respectively. Our method enhanced the signal-to-noise ratios by 11.7%, surpassing Bicubic (9.8%) and CGAN (8.1%). In the BraTS2020 dataset, the proposed framework and Bicubic enhanced peak signal-to-noise ratio from resolution-degraded images by 9.1% and 5.8%. The multi-scale structural similarity indexes were 0.970 ± 0.019, 0.968 ± 0.022, and 0.967 ± 0.023 for the proposed method, CGAN, and Bicubic, respectively. Significance . This study explores a deep learning-based diffusion probabilistic framework for improving MR image resolution. Such a framework can be used to improve clinical workflow by obtaining high-resolution images without penalty of the long scan time. Future investigation will likely focus on prospectively testing the efficacy of this framework with different clinical indications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».