論文の概要: LDPM: Towards undersampled MRI reconstruction with MR-VAE and Latent Diffusion Prior

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.02951v2
• Date: Wed, 05 Mar 2025 14:16:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-06 17:18:40.199155
• Title: LDPM: Towards undersampled MRI reconstruction with MR-VAE and Latent Diffusion Prior
• Title（参考訳）: LDPM : MR-VAEと潜在拡散を併用したMRIのアンダーサンプル化に向けて
• Authors: Xingjian Tang, Jingwei Guan, Linge Li, Ran Shi, Youmei Zhang, Mengye Lyu, Li Yan,
• Abstract要約: 拡散モデルを用いてMRI再構成を解こうとする研究もあるが、これらの手法はピクセル空間で直接動作する。 リッチな視覚的背景を持つ自然画像に事前学習した潜時拡散モデルでは,MRI再構成における高い計算コストの問題を解くことが期待されている。 LDPM法(Latent Diffusion Prior-based Undersampled MRI reconstruction)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.499605583818247
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Diffusion models, as powerful generative models, have found a wide range of applications and shown great potential in solving image reconstruction problems. Some works attempted to solve MRI reconstruction with diffusion models, but these methods operate directly in pixel space, leading to higher computational costs for optimization and inference. Latent diffusion models, pre-trained on natural images with rich visual priors, are expected to solve the high computational cost problem in MRI reconstruction by operating in a lower-dimensional latent space. However, direct application to MRI reconstruction faces three key challenges: (1) absence of explicit control mechanisms for medical fidelity, (2) domain gap between natural images and MR physics, and (3) undefined data consistency in latent space. To address these challenges, a novel Latent Diffusion Prior-based undersampled MRI reconstruction (LDPM) method is proposed. Our LDPM framework addresses these challenges by: (1) a sketch-guided pipeline with a two-step reconstruction strategy, which balances perceptual quality and anatomical fidelity, (2) an MRI-optimized VAE (MR-VAE), which achieves an improvement of approximately 3.92 dB in PSNR for undersampled MRI reconstruction compared to that with SD-VAE \cite{sd}, and (3) Dual-Stage Sampler, a modified version of spaced DDPM sampler, which enforces high-fidelity reconstruction in the latent space. Experiments on the fastMRI dataset\cite{fastmri} demonstrate the state-of-the-art performance of the proposed method and its robustness across various scenarios. The effectiveness of each module is also verified through ablation experiments.
• Abstract（参考訳）: 拡散モデルは、強力な生成モデルとして、幅広い応用を見つけ、画像再構成問題の解決に大きな可能性を示している。 拡散モデルを用いてMRI再構成を解こうとする研究もあるが、これらの手法はピクセル空間で直接動作するため、最適化と推論により高い計算コストがかかる。 低次元の潜時空間で操作することでMRI再構成における高計算コストの問題を解決することが期待されている。 しかし、MRI再建への直接的応用は、(1)医学的忠実性に対する明確な制御機構の欠如、(2)自然画像とMR物理の領域ギャップ、(3)潜時空間における未定義データ一貫性の欠如、の3つの課題に直面している。 これらの課題に対処するために、新しい遅延拡散前型アンダーサンプルMRI再構成法(LDPM)を提案する。 LDPM フレームワークは,(1) 知覚的品質と解剖学的忠実性のバランスをとる2段階の再建戦略を備えたスケッチ誘導パイプライン,(2) SD-VAE \cite{sd} と比較して,PSNR の約3.92 dB の改善を実現する MRI-VAE (MR-VAE) と,(3) 潜時空間における高忠実度再構成を強制するDual-Stage Sampler の修正版であるDual-Stage Sampler の3つの課題に対処する。 fastMRIデータセット\cite{fastmri}の実験は、提案手法の最先端性能と様々なシナリオにおける堅牢性を示す。 各モジュールの有効性もアブレーション実験によって検証される。

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