最近的研究表明，在多个应用中，基于深度学习（DL）的MRI重建优于常规方法，例如并行成像和压缩传感（CS）。与通常使用预定的正规化线性表示形式实现的CS不同，DL固有地使用从大数据库中学到的非线性表示。另一个工作线使用转化学习（TL）通过从数据中学习线性表示来弥合这两种方法之间的差距。在这项工作中，我们将CS，TL和DL重建的想法结合在一起，以学习深层线性卷积转换，作为算法展开方法的一部分。使用端到端训练，我们的结果表明，所提出的技术可以将MR图像重建为与DL方法相当的水平，同时支持统一的不足采样模式，与常规CS方法不同。我们提出的方法依赖于凸稀疏的图像重建，并在推理时线性表示，这可能有益于表征鲁棒性，稳定性和概括性。

自我监督的学习表现出了巨大的希望，因为它可以在没有完全采样的数据的情况下训练深度学习MRI重建方法。当前用于物理学指导的重建网络的自我监督的学习方法分裂获得了两个不相交的数据，其中一种用于独立网络中的数据一致性（DC），另一个用于定义培训损失。在这项研究中，我们提出了一种改进的自我监督学习策略，该策略更有效地使用获得的数据来训练物理学指导的重建网络，而无需数据完全采样的数据。提出的通过数据下采样（SSDU）对所提出的多掩码自我监督的学习（SSDU）应用于获得的测量结果，将其分为每个训练样本的多对不相交集，而使用这些对DC单位和DC单位和其中一对，其他用于定义损失的，从而更有效地使用了不足采样的数据。多面罩SSDU应用于完全采样的3D膝盖上，并前瞻性地采样3D脑MRI数据集，用于各种加速度和图案，并与CG-Sense和单膜ssdu dl-MRI以及受监督的DL-MRI以及当时的DL-MRI进行比较。提供了完全采样的数据。膝盖MRI的结果表明，提出的多面罩SSDU胜过SSDU，并与受监督的DL-MRI紧密相关。一项临床读者的研究进一步将多面罩SSDU在SNR和混叠伪影方面高于监督的DL-MRI。大脑MRI的结果表明，与SSDU相比，多面罩SSDU可以达到更好的重建质量。读者的研究表明，与单罩SSDU相比，r = 8时的多面膜SSDU显着改善了重建，r = 8，以及r = 2时的CG-Sense。

物理驱动的深度学习方法已成为计算磁共振成像（MRI）问题的强大工具，将重建性能推向新限制。本文概述了将物理信息纳入基于学习的MRI重建中的最新发展。我们考虑了用于计算MRI的线性和非线性正向模型的逆问题，并回顾了解决这些方法的经典方法。然后，我们专注于物理驱动的深度学习方法，涵盖了物理驱动的损失功能，插件方法，生成模型和展开的网络。我们重点介绍了特定于领域的挑战，例如神经网络的实现和复杂值的构建基块，以及具有线性和非线性正向模型的MRI转换应用。最后，我们讨论常见问题和开放挑战，并与物理驱动的学习与医学成像管道中的其他下游任务相结合时，与物理驱动的学习的重要性联系在一起。

人工智能（AI）和机器学习（ML）在改善医学成像工作流程（从图像获取和重建到疾病诊断和治疗）方面具有巨大潜力。特别是，近年来，用于医学图像重建的AI和ML算法（尤其是基于深度学习（DL）的方法）的使用，尤其是基于深度学习（DL）的方法已有显着增长。就重建质量和计算效率而言，DL技术已证明具有竞争力，并且通常比常规重建方法优越。基于DL的图像重建的使用还提供了有前途的机会，可以改变心脏图像的获取和重建方式。在本章中，我们将回顾用于心脏成像的基于DL的重建技术的最新进展，重点是心脏磁共振（CMR）图像重建。我们主要关注该应用程序的监督DL方法，包括图像后处理技术，模型驱动方法和基于K空间的方法。还讨论了DL对心脏图像重建的当前局限性，挑战和未来机会。

可解释性和鲁棒性必须在临床应用中整合加速磁共振成像（MRI）重建的机器学习方法。这样做会允许快速高质量的解剖和病理学成像。数据一致性（DC）对于多模态数据的泛化至关重要，以及检测病理学的鲁棒性。这项工作提出了独立复发推理机（CIRIM）的级联，通过展开优化来评估DC，通过梯度下降，并通过设计的术语明确地明确。我们对CIRIM与其他展开的优化方法进行广泛的比较，是端到端变分网络（E2EVN）和轮辋，以及UNET和压缩感测（CS）。评估是分两个阶段完成的。首先，评估关于多次训练的MRI模型的学习，即用{t_1} $ - 加权和平凡对比，以及$ {t_2} $ - 加权膝盖数据。其次，在通过3D Flair MRI数据中重建依赖多发性硬化（MS）患者的3D Flair MRI数据来测试鲁棒性。结果表明，CIRIM在隐式强制执行DC时表现最佳，而E2EVN需要明确制定的DC。 CIRIM在重建临床MS数据时显示出最高病变对比度分辨率。与CS相比，性能提高了大约11％，而重建时间是二十次减少。

磁共振（MR）图像重建来自高度缺点$ K $ -space数据在加速MR成像（MRI）技术中至关重要。近年来，基于深度学习的方法在这项任务中表现出很大的潜力。本文提出了一种学习的MR图像重建半二次分割算法，并在展开的深度学习网络架构中实现算法。我们比较我们提出的方法对针对DC-CNN和LPDNET的公共心先生数据集的性能，我们的方法在定量结果和定性结果中表现出其他方法，具有更少的模型参数和更快的重建速度。最后，我们扩大了我们的模型，实现了卓越的重建质量，并且改善为1.76美元$ 276 $ 274美元的LPDNET以5美元\倍率为5美元的峰值信噪比。我们的方法的代码在https://github.com/hellopipu/hqs-net上公开使用。

展开的神经网络最近实现了最先进的MRI重建。这些网络通过在基于物理的一致性和基于神经网络的正则化之间交替来展开迭代优化算法。但是，它们需要大型神经网络的几次迭代来处理高维成像任务，例如3D MRI。这限制了基于反向传播的传统训练算法，这是由于较大的记忆力和计算梯度和存储中间激活的计算要求。为了应对这一挑战，我们提出了加速MRI（GLEAM）重建的贪婪学习，这是一种高维成像设置的有效培训策略。 GLEAM将端到端网络拆分为脱钩的网络模块。每个模块都以贪婪的方式优化，并通过脱钩的梯度更新，从而减少了训练过程中的内存足迹。我们表明，可以在多个图形处理单元（GPU）上并行执行解耦梯度更新，以进一步减少训练时间。我们介绍了2D和3D数据集的实验，包括多线圈膝，大脑和动态心脏Cine MRI。我们观察到：i）闪闪发光的概括以及最先进的记忆效率基线，例如具有相同内存足迹的梯度检查点和可逆网络，但训练速度更快1.3倍； ii）对于相同的内存足迹，闪光在2D中产生1.1dB PSNR的增益，而3D在端到端基线中产生1.8 dB。

Supervised Deep-Learning (DL)-based reconstruction algorithms have shown state-of-the-art results for highly-undersampled dynamic Magnetic Resonance Imaging (MRI) reconstruction. However, the requirement of excessive high-quality ground-truth data hinders their applications due to the generalization problem. Recently, Implicit Neural Representation (INR) has appeared as a powerful DL-based tool for solving the inverse problem by characterizing the attributes of a signal as a continuous function of corresponding coordinates in an unsupervised manner. In this work, we proposed an INR-based method to improve dynamic MRI reconstruction from highly undersampled k-space data, which only takes spatiotemporal coordinates as inputs. Specifically, the proposed INR represents the dynamic MRI images as an implicit function and encodes them into neural networks. The weights of the network are learned from sparsely-acquired (k, t)-space data itself only, without external training datasets or prior images. Benefiting from the strong implicit continuity regularization of INR together with explicit regularization for low-rankness and sparsity, our proposed method outperforms the compared scan-specific methods at various acceleration factors. E.g., experiments on retrospective cardiac cine datasets show an improvement of 5.5 ~ 7.1 dB in PSNR for extremely high accelerations (up to 41.6-fold). The high-quality and inner continuity of the images provided by INR has great potential to further improve the spatiotemporal resolution of dynamic MRI, without the need of any training data.

虽然开放数据库是深度学习（DL）时代的重要资源，但它们有时使用“Off-Label”：为一个任务发布的数据用于不同的数据。这项工作旨在强调在某些情况下，这种常见做法可能导致偏见，过于乐观的结果。我们展示了这种逆问题溶剂的这种现象，并展示了它们的偏置性能如何源于隐藏数据预处理管道。我们描述了两个典型的开放式访问数据库的预处理管道，并研究了对为磁共振成像（MRI）重建开发的三种熟发的算法的影响：压缩传感（CS），字典学习（DICTL）和DL。在这种大规模研究中，我们进行了广泛的计算。我们的结果表明，CS，DICTL和DL算法在看似适当的数据上天鹅训练时，CS，DICTL和DL算法产生了系统地偏见：归一化的根均方误差（NRMSE）随着预处理程度而一致地改善，显示人工增加25％-48％在某些情况下。由于这种现象通常是未知的，因此有时被公布为最先进的结果;我们将其称为细微的数据犯罪。因此，这项工作提出了关于大数据的天真的野外标签的红旗，并揭示了现代逆问题溶解于所产生的偏差的脆弱性。

In this paper, we propose a novel deep convolutional neural network (CNN)-based algorithm for solving ill-posed inverse problems. Regularized iterative algorithms have emerged as the standard approach to ill-posed inverse problems in the past few decades. These methods produce excellent results, but can be challenging to deploy in practice due to factors including the high computational cost of the forward and adjoint operators and the difficulty of hyper parameter selection. The starting point of our work is the observation that unrolled iterative methods have the form of a CNN (filtering followed by point-wise non-linearity) when the normal operator (H * H, the adjoint of H times H) of the forward model is a convolution. Based on this observation, we propose using direct inversion followed by a CNN to solve normal-convolutional inverse problems. The direct inversion encapsulates the physical model of the system, but leads to artifacts when the problem is ill-posed; the CNN combines multiresolution decomposition and residual learning in order to learn to remove these artifacts while preserving image structure. We demonstrate the performance of the proposed network in sparse-view reconstruction (down to 50 views) on parallel beam X-ray computed tomography in synthetic phantoms as well as in real experimental sinograms. The proposed network outperforms total variation-regularized iterative reconstruction for the more realistic phantoms and requires less than a second to reconstruct a 512 × 512 image on the GPU. K.H. Jin acknowledges the support from the "EPFL Fellows" fellowship program co-funded by Marie Curie from the European Unions Horizon 2020 Framework Programme for Research and Innovation under grant agreement 665667.

深度学习在加速磁共振成像（MRI）中表现出惊人的性能。最先进的深度学习重建采用强大的卷积神经网络，并且由于许多磁共振图像或其对应的k空间是2D的许多磁共振图像或其对应的k空间。在这项工作中，我们展示了一种探讨了1D卷积的新方法，使得深度网络更容易受到培训和广义。我们进一步将1D卷积集成到所提出的深网络中，命名为一维深度低级和稀疏网络（ODL），它展开了低级和稀疏重建模型的迭代过程。在体内膝盖和脑数据集中的广泛结果表明，所提出的ODLS非常适合培训受试者的情况，并提供比视觉和定量的最先进的方法改进的重建性能。此外，ODL还向不同的欠采样场景显示出良好的稳健性以及培训和测试数据之间的一些不匹配。总之，我们的工作表明，在快速MRI中，1D深度学习方案是内存高效且强大的。

目的：并行成像通过用一系列接收器线圈获取其他灵敏度信息，从而加速了磁共振成像（MRI）数据，从而降低了相位编码步骤。压缩传感磁共振成像（CS-MRI）在医学成像领域中获得了普及，因为其数据要求较少，而不是平行成像。并行成像和压缩传感（CS）均通过最大程度地减少K空间中捕获的数据量来加快传统MRI获取。由于采集时间与样品的数量成反比，因此从缩短的K空间样品中的图像的反向形成会导致收购更快，但具有混乱的伪像。本文提出了一种新型的生成对抗网络（GAN），即雷德格尔（Recgan-gr）受到多模式损失的监督，以消除重建的图像。方法：与现有的GAN网络相反，我们提出的方法引入了一种新型的发电机网络，即与双域损耗函数集成的弹药网络，包括加权幅度和相位损耗函数以及基于平行成像的损失，即Grappa一致性损失。提出了K空间校正块，以使GAN网络自动化生成不必要的数据，从而使重建过程的收敛性更快。结果：全面的结果表明，拟议的Recgan-GR在基于GAN的方法中的PSNR有4 dB的改善，并且在文献中可用的传统最先进的CNN方法中有2 dB的改进。结论和意义：拟议的工作有助于显着改善低保留数据的图像质量，从而更快地获取了5倍或10倍。

由低级别正则化驱动的深度学习方法在动态磁共振（MR）成像中实现了有吸引力的性能。但是，这些方法中的大多数代表了手工制作的核标准的低级别先验，该规范无法通过固定的正则化参数准确地近似整个数据集的低排名先验。在本文中，我们提出了一种学习动态MR成像的低级方法。特别是，我们将部分可分离（PS）模型的半季度分裂方法（HQS）算法传输到网络中，其中低级别以可学习的空空间变换自适应地表征。心脏CINE数据集的实验表明，所提出的模型的表现优于最新的压缩传感（CS）方法和现有的深度学习方法，既有定量和质量上的深度学习方法。

磁共振成像可以产生人体解剖和生理学的详细图像，可以帮助医生诊断和治疗肿瘤等病理。然而，MRI遭受了非常长的收购时间，使其易于患者运动伪影并限制其潜力以提供动态治疗。诸如并行成像和压缩感测的常规方法允许通过使用多个接收器线圈获取更少的MRI数据来改变MR图像来增加MRI采集速度。深度学习的最新进步与平行成像和压缩传感技术相结合，具有从高度加速的MRI数据产生高保真重建。在这项工作中，我们通过利用卷积复发网络的特性和展开算法来解决复发变分网络（RevurrentVarnet）的加速改变网络（RevurrentVarnet）的任务，提出了一种基于深入的深度学习的反问题解决者。 RevurrentVarnet由多个块组成，每个块都负责梯度下降优化算法的一个展开迭代，以解决逆问题。与传统方法相反，优化步骤在观察域（$ k $ -space）而不是图像域中进行。每次反复出的Varnet块都会通过观察到的$ k $ -space，并由数据一致性术语和复制单元组成，它将作为输入的隐藏状态和前一个块的预测。我们所提出的方法实现了新的最新状态，定性和定量重建导致来自公共多通道脑数据集的5倍和10倍加速数据，优于以前的传统和基于深度学习的方法。我们将在公共存储库上释放所有型号代码和基线。

最近，模型驱动的深度学习通过用网络模块替换符号器的一阶信息（即（子）梯度或近端运算符）来拓展到级联网络中的一定迭代算法，该算法呈现出更可说明的与常见的数据驱动网络相比，可以预测。相反，理论上，不一定存在这样的功能常规程序，其一级信息与替换的网络模块匹配，这意味着网络输出可能不被原始正则化模型覆盖。此外，到目前为止，在现实假设下，也没有保证展开网络的全球收敛性和鲁棒性（规律性）。为了弥合这一差距，本文建议在展开网络上提出保障方法。具体而言，专注于加速MRI，我们展开了一个零阶算法，网络模块代表常规器本身，使得网络输出可以仍然被正则化模型覆盖。此外，受到深度均衡模型的理想的启发，在反向化之前，我们执行了展开的迭代网络，以收敛到一个固定点，以确保收敛。如果测量数据包含噪声，我们证明了所提出的网络对嘈杂干扰具有强大。最后，数值实验表明，所提出的网络始终如一地优于最先进的MRI重建方法，包括传统的正规化方法和其他深度学习方法。

The data consistency for the physical forward model is crucial in inverse problems, especially in MR imaging reconstruction. The standard way is to unroll an iterative algorithm into a neural network with a forward model embedded. The forward model always changes in clinical practice, so the learning component's entanglement with the forward model makes the reconstruction hard to generalize. The proposed method is more generalizable for different MR acquisition settings by separating the forward model from the deep learning component. The deep learning-based proximal gradient descent was proposed to create a learned regularization term independent of the forward model. We applied the one-time trained regularization term to different MR acquisition settings to validate the proposed method and compared the reconstruction with the commonly used $\ell_1$ regularization. We showed ~3 dB improvement in the peak signal to noise ratio, compared with conventional $\ell_1$ regularized reconstruction. We demonstrated the flexibility of the proposed method in choosing different undersampling patterns. We also evaluated the effect of parameter tuning for the deep learning regularization.

由于组织和骨骼之间的相似性，在人解剖结构中广泛看到了全球相关性。由于近距离质子密度和T1/T2参数，这些相关性反映在磁共振成像（MRI）扫描中。此外，为了实现加速的MRI，k空间数据的采样不足，从而导致全球混叠伪像。卷积神经网络（CNN）模型被广泛用于加速MRI重建，但是由于卷积操作的固有位置，这些模型在捕获全球相关性方面受到限制。基于自发的变压器模型能够捕获图像特征之间的全局相关性，但是，变压器模型对MRI重建的当前贡献是微小的。现有的贡献主要提供CNN转换器混合解决方案，并且很少利用MRI的物理学。在本文中，我们提出了一种基于物理的独立（无卷积）变压器模型，标题为“多头级联SWIN变压器（MCSTRA），用于加速MRI重建。 MCSTRA将几种相互关联的MRI物理相关概念与变压器网络相结合：它通过移动的窗口自我发场机制利用了全局MR特征；它使用多头设置分别提取属于不同光谱组件的MR特征；它通过级联的网络在中间脱氧和K空间校正之间进行迭代，该网络具有K空间和中间损耗计算中的数据一致性；此外，我们提出了一种新型的位置嵌入生成机制，以使用对应于底面采样掩码的点扩散函数来指导自我发作。我们的模型在视觉上和定量上都大大优于最先进的MRI重建方法，同时描述了改善的分辨率和去除词法。

压缩传感（CS）一直在加速磁共振成像（MRI）采集过程中的关键作用。随着人工智能的复苏，深神经网络和CS算法正在集成以重新定义快速MRI的领域。过去几年目睹了基于深度学习的CS技术的复杂性，多样性和表现的大量增长，这些技术致力于快速MRI。在该荟萃分析中，我们系统地审查了快速MRI的深度学习的CS技术，描述了关键模型设计，突出突破，并讨论了有希望的方向。我们还介绍了一个综合分析框架和分类系统，以评估深度学习在基于CS的加速度的MRI的关键作用。

Computational imaging has been revolutionized by compressed sensing algorithms, which offer guaranteed uniqueness, convergence, and stability properties. In recent years, model-based deep learning methods that combine imaging physics with learned regularization priors have been emerging as more powerful alternatives for image recovery. The main focus of this paper is to introduce a memory efficient model-based algorithm with similar theoretical guarantees as CS methods. The proposed iterative algorithm alternates between a gradient descent involving the score function and a conjugate gradient algorithm to encourage data consistency. The score function is modeled as a monotone convolutional neural network. Our analysis shows that the monotone constraint is necessary and sufficient to enforce the uniqueness of the fixed point in arbitrary inverse problems. In addition, it also guarantees the convergence to a fixed point, which is robust to input perturbations. Current algorithms including RED and MoDL are special cases of the proposed algorithm; the proposed theoretical tools enable the optimization of the framework for the deep equilibrium setting. The proposed deep equilibrium formulation is significantly more memory efficient than unrolled methods, which allows us to apply it to 3D or 2D+time problems that current unrolled algorithms cannot handle.

最近，由于高性能，深度学习方法已成为生物学图像重建和增强问题的主要研究前沿，以及其超快速推理时间。但是，由于获得监督学习的匹配参考数据的难度，对不需要配对的参考数据的无监督学习方法越来越兴趣。特别是，已成功用于各种生物成像应用的自我监督的学习和生成模型。在本文中，我们概述了在古典逆问题的背景下的连贯性观点，并讨论其对生物成像的应用，包括电子，荧光和去卷积显微镜，光学衍射断层扫描和功能性神经影像。