深度学习方法已成为重建MR重建的最新采样的状态。特别是对于地面真理不可行或不可能的情况，要获取完全采样的数据，重建的自我监督的机器学习方法正在越来越多地使用。但是，在验证此类方法及其普遍性的验证中的潜在问题仍然没有得到充实的态度。在本文中，我们研究了自制算法验证未采样MR图像的重要方面：对前瞻性重建的定量评估，前瞻性和回顾性重建之间的潜在差异，常用的定量衡量标准的适用性和普遍性。研究了两种基于自我监督的denoising和先验的深层图像的自我监督算法。将这些方法与使用体内和幻影数据的最小二乘拟合以及压缩感测重建进行比较。它们的推广性通过前瞻性采样的数据与培训不同的数据进行了测试。我们表明，相对于回顾性重建/地面真理，前瞻性重建可能表现出严重的失真。此外，与感知度量相比，与像素定量指标的定量指标可能无法准确捕获感知质量的差异。此外，所有方法均显示出泛化的潜力。然而，与其他变化相比，概括性的影响更大。我们进一步表明，无参考图像指标与人类对图像质量的评级很好地对应，以研究概括性。最后，我们证明了经过调整的压缩感测重建和学习的DeNoising在所有数据上都相似地执行。

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}。

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。

基于深度学习的脑磁共振成像（MRI）重建方法有可能加速MRI采集过程。尽管如此，科学界缺乏适当的基准，以评估高分辨率大脑图像的MRI重建质量，并评估这些所提出的算法在存在小而且预期的数据分布班次存在下的表现。多线圈磁共振图像（MC-MRI）重建挑战提供了一种基准，其目的在于使用高分辨率，三维，T1加权MRI扫描的大型数据集。挑战有两个主要目标：1）比较该数据集和2）上的不同的MRI重建模型，并评估这些模型的概括性，以通过不同数量的接收器线圈获取的数据。在本文中，我们描述了挑战实验设计，并总结了一系列基线和艺术脑MRI重建模型的结果。我们提供有关目前MRI重建最先进的相关比较信息，并突出挑战在更广泛的临床采用之前获得所需的普遍模型。 MC-MRI基准数据，评估代码和当前挑战排行榜可公开可用。它们为脑MRI重建领域的未来发展提供了客观性能评估。

Image reconstruction using deep learning algorithms offers improved reconstruction quality and lower reconstruction time than classical compressed sensing and model-based algorithms. Unfortunately, clean and fully sampled ground-truth data to train the deep networks is often unavailable in several applications, restricting the applicability of the above methods. We introduce a novel metric termed the ENsemble Stein's Unbiased Risk Estimate (ENSURE) framework, which can be used to train deep image reconstruction algorithms without fully sampled and noise-free images. The proposed framework is the generalization of the classical SURE and GSURE formulation to the setting where the images are sampled by different measurement operators, chosen randomly from a set. We evaluate the expectation of the GSURE loss functions over the sampling patterns to obtain the ENSURE loss function. We show that this loss is an unbiased estimate for the true mean-square error, which offers a better alternative to GSURE, which only offers an unbiased estimate for the projected error. Our experiments show that the networks trained with this loss function can offer reconstructions comparable to the supervised setting. While we demonstrate this framework in the context of MR image recovery, the ENSURE framework is generally applicable to arbitrary inverse problems.

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。

用于医学图像重建的深度神经网络传统上使用高质量的地基图像作为训练目标训练。最近关于噪声的工作（N2N）已经示出了使用与具有地面真理的多个噪声测量的潜力。然而，现有的基于N2N的方法不适合于从经历非身份变形的物体的测量来学习。本文通过补偿对象变形来提出用于训练深层重建网络的变形补偿学习（DecoLearn）方法来解决此问题。DecoLearn的一个关键组件是一个深度登记模块，它与深度重建网络共同培训，没有任何地理监督。我们在模拟和实验收集的磁共振成像（MRI）数据上验证了甲板，并表明它显着提高了成像质量。

目的：开发一种适用于具有非平滑相位变化的扩散加权（DW）图像的鲁棒部分傅里叶（PF）重建算法。方法：基于展开的近端分裂算法，导出了一种神经网络架构，其在经常复卷卷积实现的数据一致性操作和正则化之间交替。为了利用相关性，在考虑到置换方面，共同重建相同切片的多重重复。该算法在60名志愿者的DW肝脏数据上培训，并回顾性和预期的不同解剖和分辨率的次样本数据评估。结果：该方法能够在定量措施以及感知图像质量方面具有显着优异地优于追溯子采样数据的传统PF技术。在这种情况下，发现重复的联合重建以及特定类型的经常性网络展开展开是有益的重建质量。在预期的PF采样数据上，所提出的方法使得DW成像能够在不牺牲图像分辨率或引入额外的伪影的情况下进行DW成像。或者，它可以用来对抗具有更高分辨率的获取的TE增加。此外，可以向展示训练集中的解剖学和对比度显示普遍性的脑数据。结论：这项工作表明，即使在易于相位变化的解剖中的强力PF因子中，DW数据的强大PF重建也是可行的。由于所提出的方法不依赖于阶段的平滑度前沿，而是使用学习的经常性卷积，因此可以避免传统PF方法的伪像。

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。

In this work, we propose a novel image reconstruction framework that directly learns a neural implicit representation in k-space for ECG-triggered non-Cartesian Cardiac Magnetic Resonance Imaging (CMR). While existing methods bin acquired data from neighboring time points to reconstruct one phase of the cardiac motion, our framework allows for a continuous, binning-free, and subject-specific k-space representation.We assign a unique coordinate that consists of time, coil index, and frequency domain location to each sampled k-space point. We then learn the subject-specific mapping from these unique coordinates to k-space intensities using a multi-layer perceptron with frequency domain regularization. During inference, we obtain a complete k-space for Cartesian coordinates and an arbitrary temporal resolution. A simple inverse Fourier transform recovers the image, eliminating the need for density compensation and costly non-uniform Fourier transforms for non-Cartesian data. This novel imaging framework was tested on 42 radially sampled datasets from 6 subjects. The proposed method outperforms other techniques qualitatively and quantitatively using data from four and one heartbeat(s) and 30 cardiac phases. Our results for one heartbeat reconstruction of 50 cardiac phases show improved artifact removal and spatio-temporal resolution, leveraging the potential for real-time CMR.

加速的MRI从稀疏采样的信号数据中重建了临床解剖学的图像，以减少患者扫描时间。尽管最近的作品利用了深入的学习来完成这项任务，但这种方法通常只在没有信号损坏或资源限制的模拟环境中进行了探索。在这项工作中，我们探索了神经网络MRI图像重建器的增强，以增强其临床相关性。也就是说，我们提出了一个用于检测图像源的Convnet模型，该模型可以实现分类器$ f_2 $得分为$ 79.1 \％$ $。我们还证明，具有可变加速度因子的MR信号数据的培训重建器可以在临床患者扫描期间提高其平均性能，最高$ 2 \％$。当模型学会重建多个解剖和方向的MR图像时，我们提供损失功能来克服灾难性的遗忘。最后，我们提出了一种使用模拟幻影数据在临床获取数据集和计算功能有限的情况下使用模拟幻影数据预先培训重建器的方法。我们的结果为加速MRI的临床适应提供了潜在的途径。

图像质量评估（IQA）算法旨在再现人类对图像质量的看法。图像增强，生成和恢复模型的日益普及促使开发了许多方法来评估其性能。但是，大多数IQA解决方案旨在预测通用域中的图像质量，并适用于特定区域，例如医学成像，保持可疑。此外，对于特定任务的这些IQA指标的选择通常涉及故意引起的扭曲，例如手动添加噪声或人工模糊。然而，随后选择的指标被用来判断现实生活中计算机视觉模型的输出。在这项工作中，我们渴望通过对迄今为止的磁共振成像（MRI）进行最广泛的IQA评估研究来填补这些空白（14,700个主观得分）。我们使用经过培训的神经网络模型的输出，以解决与MRI相关的问题，包括扫描加速度，运动校正和DENOSISING中的图像重建。我们的重点是反映放射科医生对重建图像的看法，评估了MRI扫描质量的最具诊断性影响的标准：信噪比，对比度与噪声比率和人工制品的存在。七位训练有素的放射科医生评估了这些扭曲的图像，其判决随后与35个不同的图像质量指标（考虑到全参考，无参考和基于分布的指标）相关。对于所有被认为是解剖学和目标任务的三个拟议质量标准，发现最高的表现者 - DIST，HAARPSI，VSI和FID-VGG16 - 在三个提出的质量标准中都是有效的。

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。

Self-supervised image denoising techniques emerged as convenient methods that allow training denoising models without requiring ground-truth noise-free data. Existing methods usually optimize loss metrics that are calculated from multiple noisy realizations of similar images, e.g., from neighboring tomographic slices. However, those approaches fail to utilize the multiple contrasts that are routinely acquired in medical imaging modalities like MRI or dual-energy CT. In this work, we propose the new self-supervised training scheme Noise2Contrast that combines information from multiple measured image contrasts to train a denoising model. We stack denoising with domain-transfer operators to utilize the independent noise realizations of different image contrasts to derive a self-supervised loss. The trained denoising operator achieves convincing quantitative and qualitative results, outperforming state-of-the-art self-supervised methods by 4.7-11.0%/4.8-7.3% (PSNR/SSIM) on brain MRI data and by 43.6-50.5%/57.1-77.1% (PSNR/SSIM) on dual-energy CT X-ray microscopy data with respect to the noisy baseline. Our experiments on different real measured data sets indicate that Noise2Contrast training generalizes to other multi-contrast imaging modalities.

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。

在本文中，我们开发了一种高效的回顾性深度学习方法，称为堆叠U-网，具有自助前沿，解决MRI中刚性运动伪影的问题。拟议的工作利用损坏的图像本身使用额外的知识前瞻，而无需额外的对比度数据。所提出的网络通过共享来自相同失真对象的连续片的辅助信息来学习错过的结构细节。我们进一步设计了一种堆叠的U-网的细化，便于保持图像空间细节，从而提高了像素到像素依赖性。为了执行网络培训，MRI运动伪像的模拟是不可避免的。我们使用各种类型的图像前瞻呈现了一个密集的分析：来自同一主题的其他图像对比的提出的自助前锋和前锋。实验分析证明了自助前锋的有效性和可行性，因为它不需要任何进一步的数据扫描。

基于分数的扩散模型为使用数据分布的梯度建模图像提供了一种强大的方法。利用学到的分数函数为先验，在这里，我们引入了一种从条件分布中进行测量的方法，以便可以轻松地用于求解成像中的反问题，尤其是用于加速MRI。简而言之，我们通过denoising得分匹配来训练连续的时间依赖分数函数。然后，在推论阶段，我们在数值SDE求解器和数据一致性投影步骤之间进行迭代以实现重建。我们的模型仅需要用于训练的幅度图像，但能够重建复杂值数据，甚至扩展到并行成像。所提出的方法是不可知论到子采样模式，可以与任何采样方案一起使用。同样，由于其生成性质，我们的方法可以量化不确定性，这是标准回归设置不可能的。最重要的是，我们的方法还具有非常强大的性能，甚至击败了经过全面监督训练的模型。通过广泛的实验，我们在质量和实用性方面验证了我们方法的优势。

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。

肾脏DCE-MRI旨在通过估计示踪动力学（TK）模型参数来定义评估肾脏解剖学和对肾功能的定量评估。 TK模型参数的准确估计需要具有高时间分辨率的动脉输入功能（AIF）的精确测量。加速成像用于实现高时间分辨率，其在重建图像中产生欠采样伪像。压缩传感（CS）方法提供各种重建选项。最常见的是，鼓励正规化的时间差异的稀疏性以减少伪影。在CS方法中越来越多的正则化除去环境伪像，但也会过度平滑时间，这减少了参数估计精度。在这项工作中，我们提出了一种训练有素的深神经网络，以减少MRI欠采样伪像而不降低功能成像标记的准确性。通过从较低的维度表示，我们通过从较低维度表示来促进正常化而不是在惩罚术语中进行规范化。在此手稿中，我们激励并解释了较低的维度输入设计。我们将我们的方法与多个正则化权重进行CS重建的方法。所提出的方法导致肾生物标志物与使用CS重建估计的地面真理标记高度相关，这是针对功能分析进行了优化的。同时，所提出的方法减少了重建图像中的伪像。

在过去的几年中，提出了多种基于深神经网络（DNN）的方法，以解决来自未取消采样的“ K-Space”（傅立叶域）数据的挑战性不足的反向问题。然而，反对采集过程中的变化和解剖学分布的不稳定性表明，与其经典的对应物相比，DNN体系结构对相关物理模型的概括不佳。较差的概括有效地排除了DNN适用于临床环境中不足采样的MRI重建。我们通过引入物理培养的DNN体系结构和培训方法来提高DNN方法的泛化MRI重建能力。除了模型体系结构中观察到的数据外，我们的体系结构还编码底面采样掩码，并采用适当的培训方法，该方法使用与各种无底采样掩码生成的数据一起鼓励模型概括了未散布的MRI重建问题。我们通过对公开可用的快速MRI数据集进行了广泛的实验，证明了我们的方法的附加价值。我们的物理提出的方法达到了增强的概括能力，这使得与获得的稳健性和解剖学分布的变化相比，尤其是在病理区域中，与香草DNN方法和DNN进行了显着提高，并在病理区域中进行了显着提高，并且受过培训的DNN训练，并接受了强烈的掩盖掩模的增强。接受训练的模型和代码以复制我们的实验，将在接受后用于研究目的。