論文の概要: Generalized super-resolution 4D Flow MRI -- using ensemble learning to extend across the cardiovascular system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11819v1
• Date: Mon, 20 Nov 2023 14:55:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-21 18:26:51.886837
• Title: Generalized super-resolution 4D Flow MRI -- using ensemble learning to extend across the cardiovascular system
• Title（参考訳）: 超高分解能4次元フローMRI : アンサンブル学習による心血管系の拡張
• Authors: Leon Ericsson, Adam Hjalmarsson, Muhammad Usman Akbar, Edward Ferdian, Mia Bonini, Brandon Hardy, Jonas Schollenberger, Maria Aristova, Patrick Winter, Nicholas Burris, Alexander Fyrdahl, Andreas Sigfridsson, Susanne Schnell, C. Alberto Figueroa, David Nordsletten, Alistair A. Young, and David Marlevi
• Abstract要約: 本研究の目的は,異種トレーニングセットと専用アンサンブル学習を組み合わせたSR 4D Flow MRIの一般化可能性を検討することである。 その結果,バッギングと積み重ねはドメイン間のSR性能を向上し,低分解能入力データから高分解能速度を正確に予測できることが示唆された。 以上の結果から,本研究はSR 4D Flow MRIの汎用的アプローチとして,様々な臨床領域にまたがるアンサンブル学習の有用性を示すものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.516235368817586
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: 4D Flow Magnetic Resonance Imaging (4D Flow MRI) is a non-invasive measurement technique capable of quantifying blood flow across the cardiovascular system. While practical use is limited by spatial resolution and image noise, incorporation of trained super-resolution (SR) networks has potential to enhance image quality post-scan. However, these efforts have predominantly been restricted to narrowly defined cardiovascular domains, with limited exploration of how SR performance extends across the cardiovascular system; a task aggravated by contrasting hemodynamic conditions apparent across the cardiovasculature. The aim of our study was to explore the generalizability of SR 4D Flow MRI using a combination of heterogeneous training sets and dedicated ensemble learning. With synthetic training data generated across three disparate domains (cardiac, aortic, cerebrovascular), varying convolutional base and ensemble learners were evaluated as a function of domain and architecture, quantifying performance on both in-silico and acquired in-vivo data from the same three domains. Results show that both bagging and stacking ensembling enhance SR performance across domains, accurately predicting high-resolution velocities from low-resolution input data in-silico. Likewise, optimized networks successfully recover native resolution velocities from downsampled in-vivo data, as well as show qualitative potential in generating denoised SR-images from clinical level input data. In conclusion, our work presents a viable approach for generalized SR 4D Flow MRI, with ensemble learning extending utility across various clinical areas of interest.
• Abstract（参考訳）: 4D Flow Magnetic Resonance Imaging (4D Flow MRI)は、心臓血管系の血流を定量化できる非侵襲的な計測技術である。 空間分解能と画像ノイズにより実用性は制限されているが、訓練された超解像(SR)ネットワークの導入は、画像の質を高める可能性がある。 しかし、これらの試みは主に狭義の心血管領域に限られており、SRの作用が心血管系全体にどのように広がるかは限定的である。 本研究の目的は,異種トレーニングセットと専用アンサンブル学習を組み合わせたSR 4D Flow MRIの一般化可能性を検討することである。 3つの異なる領域(心臓、大動脈、脳血管)にまたがる合成トレーニングデータを用いて、異なる畳み込みベースとアンサンブル学習者がドメインとアーキテクチャの関数として評価され、シリコの双方のパフォーマンスを定量化し、同じ3つのドメインから取得したインヴィオデータを得た。 その結果,バッギングと積み重ねはドメイン間のSR性能を向上し,低分解能入力データから高分解能速度を正確に予測できることがわかった。 同様に、最適化されたネットワークは、ダウンサンプリングされたin-vivoデータからネイティブ解像度の速度を回復し、臨床レベルの入力データからSR画像を生成する定性的ポテンシャルを示す。 以上の結果から,本研究はSR 4D Flow MRIの汎用的アプローチとして,様々な臨床領域にわたるアンサンブル学習の有用性を示す。

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