論文の概要: Detecting and Mitigating Adversarial Attacks on Deep Learning-Based MRI Reconstruction Without Any Retraining

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01908v1
• Date: Fri, 03 Jan 2025 17:23:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-06 16:38:31.646576
• Title: Detecting and Mitigating Adversarial Attacks on Deep Learning-Based MRI Reconstruction Without Any Retraining
• Title（参考訳）: 深層学習に基づくMRI画像再構成における逆行性攻撃の検出と緩和
• Authors: Mahdi Saberi, Chi Zhang, Mehmet Akcakaya,
• Abstract要約: 本稿では,MRI再建モデルに対する逆行性攻撃を再訓練せずに検出・緩和するための新しいアプローチを提案する。 我々の検出戦略は循環測定一貫性の考え方に基づいている。 提案手法は,異なるデータセット間での対向摂動の影響を著しく低減することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5943586090617377
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Deep learning (DL) methods, especially those based on physics-driven DL, have become the state-of-the-art for reconstructing sub-sampled magnetic resonance imaging (MRI) data. However, studies have shown that these methods are susceptible to small adversarial input perturbations, or attacks, resulting in major distortions in the output images. Various strategies have been proposed to reduce the effects of these attacks, but they require retraining and may lower reconstruction quality for non-perturbed/clean inputs. In this work, we propose a novel approach for detecting and mitigating adversarial attacks on MRI reconstruction models without any retraining. Our detection strategy is based on the idea of cyclic measurement consistency. The output of the model is mapped to another set of MRI measurements for a different sub-sampling pattern, and this synthesized data is reconstructed with the same model. Intuitively, without an attack, the second reconstruction is expected to be consistent with the first, while with an attack, disruptions are present. Subsequently, this idea is extended to devise a novel objective function, which is minimized within a small ball around the attack input for mitigation. Experimental results show that our method substantially reduces the impact of adversarial perturbations across different datasets, attack types/strengths and PD-DL networks, and qualitatively and quantitatively outperforms conventional mitigation methods that involve retraining.
• Abstract（参考訳）: 深層学習(DL)法,特に物理駆動型DL法は,サブサンプル磁気共鳴画像(MRI)データを再構成するための最先端技術となっている。 しかし、これらの手法は小さな逆入力摂動や攻撃の影響を受けやすく、出力画像に大きな歪みが生じることが研究で示されている。 これらの攻撃の影響を軽減するために様々な戦略が提案されているが、再訓練が必要であり、非摂動/クリーン入力の再現品質を低下させる可能性がある。 本研究では,MRI再建モデルに対する敵攻撃を再訓練せずに検出・緩和するための新しいアプローチを提案する。 我々の検出戦略は循環測定一貫性の考え方に基づいている。 モデルの出力を異なるサブサンプリングパターンに対して別のMRI測定セットにマッピングし、この合成データを同じモデルで再構成する。 直感的には、攻撃なしでは、第2の再構築は第1の再構築と整合すると予想され、一方攻撃では破壊が生じる。 その後、このアイデアを拡張して、攻撃入力の周囲の小さな球内で最小化して緩和する新たな目的関数を考案する。 実験の結果,本手法は,異なるデータセット,攻撃タイプ/強度,PD-DLネットワークに対する対向的摂動の影響を大幅に低減し,再訓練を含む従来の緩和手法を質的に定量的に上回ることを示した。

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