有限的角度X射线断层扫描重建是一个不良反问题一般。特别是当投影角度有限并且在光子限制条件下进行测量时，来自经典算法的重建，例如过滤的反光，可能导致由于缺失的问题而获取伪影。为了获得令人满意的重建结果，通常在重建算法中结合在重建算法中的令人满意的重建结果，例如总变化最小化和非局部图像相似度。在这项工作中，我们介绍了深度神经网络，以确定并应用重建过程的先前分配。我们的神经网络直接从合成训练样本中学习。因此，神经网络获得了对我们对重建感兴趣的对象类的特定的先前分配。特别是，我们使用了具有3D卷积层和3D注意图层的深生成的模型，这些层在来自DubBed电路库的3D合成集成电路（IC）数据上培训。我们证明，当投影角度和光子预算受到限制时，来自我们深度生成模型的前沿可以显着提高合成数据的IC重建质量，而与最大似然估计相比。使用电路库的合成IC数据训练深度生成模型说明了从机器学习之前学到的学习功能。我们预计，如果使用实验数据再现过程，机器学习的优势将持续存在。机器学习在有限角X射线断层扫描的优点可以进一步能够在低光子纳米级成像中实现应用。
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Noninvasive X-ray imaging of nanoscale three-dimensional objects, e.g. integrated circuits (ICs), generally requires two types of scanning: ptychographic, which is translational and returns estimates of complex electromagnetic field through ICs; and tomographic scanning, which collects complex field projections from multiple angles. Here, we present Attentional Ptycho-Tomography (APT), an approach trained to provide accurate reconstructions of ICs despite incomplete measurements, using a dramatically reduced amount of angular scanning. Training process includes regularizing priors based on typical IC patterns and the physics of X-ray propagation. We demonstrate that APT with 12-time reduced angles achieves fidelity comparable to the gold standard with the original set of angles. With the same set of reduced angles, APT also outperforms baseline reconstruction methods. In our experiments, APT achieves 108-time aggregate reduction in data acquisition and computation without compromising quality. We expect our physics-assisted machine learning framework could also be applied to other branches of nanoscale imaging.
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We propose a deep learning method for three-dimensional reconstruction in low-dose helical cone-beam computed tomography. We reconstruct the volume directly, i.e., not from 2D slices, guaranteeing consistency along all axes. In a crucial step beyond prior work, we train our model in a self-supervised manner in the projection domain using noisy 2D projection data, without relying on 3D reference data or the output of a reference reconstruction method. This means the fidelity of our results is not limited by the quality and availability of such data. We evaluate our method on real helical cone-beam projections and simulated phantoms. Our reconstructions are sharper and less noisy than those of previous methods, and several decibels better in quantitative PSNR measurements. When applied to full-dose data, our method produces high-quality results orders of magnitude faster than iterative techniques.
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PtyChography是一种经过良好研究的相成像方法，可在纳米尺度上进行非侵入性成像。它已发展为主流技术，在材料科学或国防工业等各个领域具有各种应用。 PtyChography的一个主要缺点是由于相邻照明区域之间的高重叠要求以实现合理的重建，因此数据采集时间很长。扫描区域之间重叠的传统方法导致与文物的重建。在本文中，我们提出了从深层生成网络采样的数据中稀疏获得或不足采样的数据，以满足Ptychography的过采样要求。由于深度生成网络是预先训练的，并且可以在收集数据时计算其输出，因此可以减少实验数据和获取数据的时间。我们通过提出重建质量与先前提出的和传统方法相比，通过提出重建质量来验证该方法，并评论提出的方法的优势和缺点。
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放射造影通常用于探测动态系统中的复杂，不断发展的密度字段，以便在潜在的物理学中实现进入洞察力。该技术已用于许多领域，包括材料科学，休克物理，惯性监禁融合和其他国家安全应用。然而，在许多这些应用中，噪声，散射，复杂光束动力学等的并发症防止了密度的重建足以足以识别具有足够置信度的底层物理。因此，来自静态/动态射线照相的密度重建通常限于在许多这些应用中识别诸如裂缝和空隙的不连续特征。在这项工作中，我们提出了一种从基本上重建密度的基本上新的射线照片序列的密度。仅使用射线照相识别的稳健特征，我们将它们与使用机器学习方法的底层流体动力方程组合，即条件生成对冲网络（CGAN），以从射线照片的动态序列确定密度字段。接下来，我们寻求通过参数估计和投影的过程进一步提高ML的密度重建的流体动力学一致性，并进入流体动力歧管。在这种情况下，我们注意到，训练数据给出的流体动力歧管在被认为的参数空间中给出的测试数据是用于预测的稳定性的诊断，并用于增强培训数据库，期望后者将进一步降低未来的密度重建错误。最后，我们展示了这种方法优于传统的射线照相重建在捕获允许的流体动力学路径中的能力，即使存在相对少量的散射。
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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。
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计算机断层扫描（CT）使用从身体周围的传感器取出的X射线测量以产生人体的断层图像。如果X射线数据充分采样和高质量，则可以使用传统的重建算法;然而，诸如将剂量减少给患者的问题，或数据采集的几何限制可能导致低质量或不完整的数据。由于噪声和其他伪像，使用传统方法从这些数据重建的图像具有差的质量。本研究的目的是训练单个神经网络，从嘈杂或不完全CT扫描数据重建高质量CT图像，包括低剂量，稀疏视图和有限的角度场景。为了完成这项任务，我们将生成的对冲网络（GaN）作为信号训练，以与CT数据的迭代同步代数重建技术（SART）结合使用。网络包括自我关注块，以模拟数据中的远程依赖性。我们将我们的自我关注GaN进行CT图像重建，包括几种最先进的方法，包括去噪循环GaN，Circle GaN和总变化的校长算法。我们的方法被证明是可以相当的整体性能来圈出GaN，同时优于其他两种方法。
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通常，层析成像是一个不适合的反问题。通常，从断层扫描测量中获得了拟距对象的单个正则图像估计。但是，可能有多个与相同的测量数据一致的对象。生成此类替代解决方案的能力很重要，因为它可以实现成像系统的新评估。原则上，这可以通过后采样方法来实现。近年来，已经采用了深层神经网络进行后验采样，结果令人鼓舞。但是，此类方法尚未用于大规模断层成像应用。另一方面，经验抽样方法在大规模成像系统上可能是可行的，并且可以对实际应用实现不确定性量化。经验抽样涉及在随机优化框架内求解正规化的逆问题，以获得替代数据一致的解决方案。在这项工作中，提出了一种新的经验抽样方法，该方法计算了与同一获得的测量数据一致的层析成像逆问题的多个解决方案。该方法通过在基于样式的生成对抗网络（stylegan）的潜在空间中反复解决优化问题的运行，并受到通过潜在空间探索（PULSE）方法的照片启发，该方法是为超分辨率任务开发而成的。通过涉及两种程式化的层析成像模式的数值研究来证明和分析所提出的方法。这些研究确定了该方法执行有效的经验抽样和不确定性定量的能力。
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在许多计算机断层扫描（CT）成像应用程序中，重要的是快速收集来自移动或随时间变化的对象的数据。通常假设断层图像是逐步拍摄的，其中物体旋转到每个期望的角度，并且拍摄视图。然而，阶梯和射击采集缓慢并且可以浪费光子，因此在实践中，在收集数据的同时连续旋转物体的情况下进行飞行扫描。然而，这可能导致运动模糊的视图，从而与严重运动伪影进行重建。在本文中，我们介绍了Codex，一个模块化框架，用于联合去模糊和断层切断重建，可以有效地颠倒在扫描中引入的运动模糊。该方法是具有新型非凸贝叶斯重建算法的新型采集方法的协同组合。 Codex通过使用重建算法的已知二进制代码编码采集而作证，然后重转反转。使用良好选择的二进制代码进行编码测量可以提高反转过程的准确性。 Codex重建方法使用乘法器（ADMM）的交替方向方法将逆问题分成迭代解训和重建子问题，使重建实用实现。我们对模拟和实验数据的重建结果显示了我们方法的有效性。
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用冷冻电子显微镜（Cryo-EM）溶液中生物分子高分辨率成像的近期突破已经解锁了用于重建分子体积的新门，从而有望在其他人之间进一步进一步进展。尽管有很大的入脚，但Cryo-EM数据分析中的巨大挑战仍然是军团和错综复杂的自然间学科，需要物理学家，结构生物学家，计算机科学家，统计学家和应用数学家的见解。同时，最近的下一代卷重建算法与端到端无监督的深度学习技术相结合的生成建模已经显示了对模拟数据的有希望的结果，但在应用于实验Cryo-EM图像时仍然面临相当大的障碍。鉴于此类方法的增殖并鉴于任务的跨学科性质，我们提出了对高分辨率低分辨率建模领域的最近进步的批判性审查。目前的审查旨在（i）比较和对比这些新方法，而（ii）将它们从透视和使用科学家熟悉的术语呈现出来，在任何五个上述领域中没有Cryo-Em中没有具体的背景。审查始于引言介绍低温 - EM批量重建的深度生成模型的数学和计算挑战，同时概述了这类算法中共享的基线方法。通过这些不同的模型建立了常见的线程编织，我们提供了这些最先进的算法的实际比较，突出了它们的相对优势和劣势以及它们依赖的假设。这使我们能够识别当前方法和途径的瓶颈，以便将来的研究。
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CSGM框架（Bora-Jalal-Price-Dimakis'17）表明，深度生成前沿可能是解决逆问题的强大工具。但是，迄今为止，此框架仅在某些数据集（例如，人称和MNIST数字）上经验成功，并且已知在分布外样品上表现不佳。本文介绍了CSGM框架在临床MRI数据上的第一次成功应用。我们在FastMri DataSet上培训了大脑扫描之前的生成，并显示通过Langevin Dynamics的后验采样实现了高质量的重建。此外，我们的实验和理论表明，后部采样是对地面定语分布和测量过程的变化的强大。我们的代码和型号可用于：\ URL {https://github.com/utcsilab/csgm-mri-langevin}。
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金属伪影校正是锥形束计算机断层扫描（CBCT）扫描中的一个具有挑战性的问题。插入解剖结构的金属植入物在重建图像中导致严重的伪影。广泛使用的基于介入的金属伪像减少（MAR）方法需要对投影中的金属痕迹进行分割，这是一项艰巨的任务。一种方法是使用深度学习方法来细分投影中的金属。但是，深度学习方法的成功受到现实培训数据的可用性的限制。由于植入物边界和大量预测，获得可靠的地面真相注释是充满挑战和耗时的。我们建议使用X射线模拟从临床CBCT扫描中生成合成金属分割训练数据集。我们比较具有不同数量的光子的仿真效果，还比较了几种培训策略以增加可用数据。我们将模型在真实临床扫描中的性能与常规阈值MAR和最近的深度学习方法进行比较。我们表明，具有相对较少光子的模拟适用于金属分割任务，并且用全尺寸和裁剪的投影训练深度学习模型共同提高了模型的鲁棒性。我们显示出受严重运动，体素尺寸下采样和落水量金属影响的图像质量的显着改善。我们的方法可以轻松地在现有的基于投影的MAR管道中实现，以提高图像质量。该方法可以为准确分割CBCT投影中的金属提供新的范式。
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基于分数的生成模型是一类新的生成算法，即使在高维空间中也可以产生逼真的图像，目前超过其他基准类别和应用程序的其他最新模型。在这项工作中，我们介绍了Caloscore，这是一种基于分数的生成模型，用于对量热计淋浴的应用。使用快速热量量表模拟挑战2022数据集研究了三个不同的扩散模型。Caloscore是基于分数的生成模型在对撞机物理学中的第一个应用，并且能够为所有数据集生成高保真量热计图像，为热量计淋浴模拟提供了替代范式。
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where the highest resolution is required, using facial performance capture as a case in point.
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基于深度学习的解决方案正在为各种应用程序成功实施。最值得注意的是，临床用例已增加了兴趣，并且是过去几年提出的一些尖端数据驱动算法背后的主要驱动力。对于诸如稀疏视图重建等应用，其中测量数据的量很少，以使获取时间短而且辐射剂量较低，降低了串联的伪像，促使数据驱动的DeNoINEDENO算法的开发，其主要目标是获得获得的主要目标。只有一个全扫描数据的子集诊断可行的图像。我们提出了WNET，这是一个数据驱动的双域denoising模型，其中包含用于稀疏视图deNoising的可训练的重建层。两个编码器 - 模型网络同时在正式和重建域中执行deno，而实现过滤后的反向投影算法的第三层则夹在前两种之间，并照顾重建操作。我们研究了该网络在稀疏视图胸部CT扫描上的性能，并突出显示了比更传统的固定层具有可训练的重建层的额外好处。我们在两个临床相关的数据集上训练和测试我们的网络，并将获得的结果与三种不同类型的稀疏视图CT CT DeNoisis和重建算法进行了比较。
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我们考虑了使用显微镜或X射线散射技术产生的图像数据自组装的模型的贝叶斯校准。为了说明BCP平衡结构中的随机远程疾病，我们引入了辅助变量以表示这种不确定性。然而，这些变量导致了高维图像数据的综合可能性，通常可以评估。我们使用基于测量运输的可能性方法以及图像数据的摘要统计数据来解决这一具有挑战性的贝叶斯推理问题。我们还表明，可以计算出有关模型参数的数据中的预期信息收益（EIG），而无需额外的成本。最后，我们介绍了基于二嵌段共聚物薄膜自组装和自上而下显微镜表征的ohta-kawasaki模型的数值案例研究。为了进行校准，我们介绍了一些基于域的能量和傅立叶的摘要统计数据，并使用EIG量化了它们的信息性。我们证明了拟议方法研究数据损坏和实验设计对校准结果的影响的力量。
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我们引入了一个框架，该框架可以从学习概率分布中进行有效的MRI重建。与传统的基于深度学习的MRI重建技术不同，鉴于使用Markov链蒙特卡洛（MCMC）方法测得的K空间，样品是从后部分布中得出的。除了可以通过常规方法获得的图像的最大后验（MAP）估计值外，还可以计算最小平方误差（MMSE）估计值和不确定性图。数据驱动的马尔可夫链是根据从给定的图像数据库中学到的生成模型构建的，并且独立于用于建模K空间测量的前向操作员。这提供了灵活性，因为该方法可以应用于使用不同的采样方案获得的K空间或使用相同的预训练模型接收线圈。此外，我们使用基于反向扩散过程的框架来利用高级生成模型。该方法的性能使用K空间中的10倍下采样在开放数据集上进行评估。
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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。
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在本文中，我们考虑使用Palentir在两个和三个维度中对分段常数对象的恢复和重建，这是相对于当前最新ART的显着增强的参数级别集（PALS）模型。本文的主要贡献是一种新的PALS公式，它仅需要一个单个级别的函数来恢复具有具有多个未知对比度的分段常数对象的场景。我们的模型比当前的多对抗性，多对象问题提供了明显的优势，所有这些问题都需要多个级别集并明确估计对比度大小。给定对比度上的上限和下限，我们的方法能够以任何对比度分布恢复对象，并消除需要知道给定场景中的对比度或其值的需求。我们提供了一个迭代过程，以找到这些空间变化的对比度限制。相对于使用径向基函数（RBF）的大多数PAL方法，我们的模型利用了非异型基函数，从而扩展了给定复杂性的PAL模型可以近似的形状类别。最后，Palentir改善了作为参数识别过程一部分所需的Jacobian矩阵的条件，因此通过控制PALS扩展系数的幅度来加速优化方法，固定基本函数的中心，以及参数映射到图像映射的唯一性，由新参数化提供。我们使用X射线计算机断层扫描，弥漫性光学断层扫描（DOT），Denoising，DeonConvolution问题的2D和3D变体证明了新方法的性能。应用于实验性稀疏CT数据和具有不同类型噪声的模拟数据，以进一步验证所提出的方法。
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逆问题本质上是普遍存在的，几乎在科学和工程的几乎所有领域都出现，从地球物理学和气候科学到天体物理学和生物力学。解决反问题的核心挑战之一是解决他们的不良天性。贝叶斯推论提供了一种原则性的方法来克服这一方法，通过将逆问题提出为统计框架。但是，当推断具有大幅度的离散表示的字段（所谓的“维度的诅咒”）和/或仅以先前获取的解决方案的形式可用时。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，可以使用深层生成模型进行有效，准确的贝叶斯反转。具体而言，我们证明了如何使用生成对抗网络（GAN）在贝叶斯更新中学到的近似分布，并在GAN的低维度潜在空间中重新解决所得的推断问题，从而有效地解决了大规模的解决方案。贝叶斯逆问题。我们的统计框架保留了潜在的物理学，并且被证明可以通过可靠的不确定性估计得出准确的结果，即使没有有关基础噪声模型的信息，这对于许多现有方法来说都是一个重大挑战。我们证明了提出方法对各种反问题的有效性，包括合成和实验观察到的数据。
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