論文の概要: High-Resolution Magnetic Particle Imaging System Matrix Recovery Using a Vision Transformer with Residual Feature Network

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02212v1
• Date: Tue, 04 Nov 2025 03:03:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-05 18:47:05.789577
• Title: High-Resolution Magnetic Particle Imaging System Matrix Recovery Using a Vision Transformer with Residual Feature Network
• Title（参考訳）: 残像ネットワークを用いた視覚変換器を用いた高分解能磁気粒子イメージングシステム行列復元
• Authors: Abuobaida M. Khair, Wenjing Jiang, Yousuf Babiker M. Osman, Wenjun Xia, Xiaopeng Ma,
• Abstract要約: 本研究は,Residual Feature Network(VRF-Net)を用いたハイブリッドディープラーニングフレームワークであるVision Transformerを提案する。 VRF-Netは、トランスフォーマーベースのグローバルアテンションと残差畳み込みリファインメントを組み合わせることで、課題に対処する。 よりシャープでアーチファクトのないシステムマトリックスのリカバリと、複数のスケールにわたる堅牢なイメージ再構成を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.077013189011985
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This study presents a hybrid deep learning framework, the Vision Transformer with Residual Feature Network (VRF-Net), for recovering high-resolution system matrices in Magnetic Particle Imaging (MPI). MPI resolution often suffers from downsampling and coil sensitivity variations. VRF-Net addresses these challenges by combining transformer-based global attention with residual convolutional refinement, enabling recovery of both large-scale structures and fine details. To reflect realistic MPI conditions, the system matrix is degraded using a dual-stage downsampling strategy. Training employed paired-image super-resolution on the public Open MPI dataset and a simulated dataset incorporating variable coil sensitivity profiles. For system matrix recovery on the Open MPI dataset, VRF-Net achieved nRMSE = 0.403, pSNR = 39.08 dB, and SSIM = 0.835 at 2x scaling, and maintained strong performance even at challenging scale 8x (pSNR = 31.06 dB, SSIM = 0.717). For the simulated dataset, VRF-Net achieved nRMSE = 4.44, pSNR = 28.52 dB, and SSIM = 0.771 at 2x scaling, with stable performance at higher scales. On average, it reduced nRMSE by 88.2%, increased pSNR by 44.7%, and improved SSIM by 34.3% over interpolation and CNN-based methods. In image reconstruction of Open MPI phantoms, VRF-Net further reduced reconstruction error to nRMSE = 1.79 at 2x scaling, while preserving structural fidelity (pSNR = 41.58 dB, SSIM = 0.960), outperforming existing methods. These findings demonstrate that VRF-Net enables sharper, artifact-free system matrix recovery and robust image reconstruction across multiple scales, offering a promising direction for future in vivo applications.
• Abstract（参考訳）: 本研究では、磁気粒子イメージング(MPI)における高分解能システム行列を復元するためのハイブリッドディープラーニングフレームワークであるVision Transformer with Residual Feature Network(VRF-Net)を提案する。 MPI分解能は、ダウンサンプリングやコイル感度の変化に悩まされることが多い。 VRF-Netは、トランスフォーマーベースのグローバルアテンションと残差畳み込みの洗練を組み合わせ、大規模構造と細部の両方の回復を可能にすることで、これらの課題に対処する。 現実的なMPI条件を反映するため、システムマトリックスは2段ダウンサンプリング戦略を用いて劣化する。 トレーニングでは、パブリックなOpen MPIデータセットと、可変コイル感度プロファイルを組み込んだシミュレーションデータセットに、ペアイメージのスーパーレゾリューションを採用した。 Open MPIデータセット上のシステム行列のリカバリのために、VRF-NetはnRMSE = 0.403、pSNR = 39.08 dB、SSIM = 0.835を2倍スケールで達成し、挑戦スケール8xでも強い性能を維持した(pSNR = 31.06 dB、SSIM = 0.717)。 シミュレーションデータセットでは、VRF-NetはnRMSE = 4.44、pSNR = 28.52 dB、SSIM = 0.771を2倍スケールで達成した。 平均して、nRMSEを88.2%削減し、pSNRを44.7%増加させ、SSIMを34.3%改善した。 オープンMPIファントムのイメージ再構成では、VRF-Net は2倍スケールで nRMSE = 1.79 に再構成エラーを低減し、構造的忠実さ (pSNR = 41.58 dB, SSIM = 0.960) は既存の手法より優れていた。 これらの結果から,VRF-Netはよりシャープでアーティファクトフリーなシステムマトリックスの回復と,複数スケールにわたる堅牢な画像再構成を可能にし,将来的な生体応用に向けての有望な方向を提供することが示された。

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