OS-DDPM: One-Step Denoising Diffusion Probabilistic Model for Anisotropic MRI Super-Resolution

降噪 小波 计算机科学 各向异性 人工智能 算法 各向同性 各项异性扩散 噪音(视频) 概率逻辑 模式识别(心理学) 迭代函数 扩散 磁共振弥散成像 生成模型 小波变换 领域(数学分析) 剪切波 采样(信号处理) 人工神经网络 还原(数学) 降维 方向(向量空间) 迭代重建 乘性噪声 水准点(测量) 数学 计算机视觉 合成数据 统计模型 发电机(电路理论) 反问题 迭代法 曲线波变换 扩散图 推论 物理 信噪比(成像) 放松(心理学) 分辨率(逻辑)
作者
Yanghui Yan,Xingce Wang,Zhongke Wu,Jingyi Liu,Xiaodong Ju,Yicheng Zhu,Wuyang Shui
标识
DOI:10.1109/bibm66473.2025.11356241
摘要

In magnetic resonance imaging (MRI), anisotropic volumes with low through-plane resolution are typically acquired. Recently, diffusion models have shown strong performance in anisotropic MRI super-resolution (SR). However, iterative sam-pling limits the clinical applicability of diffusion models. To address this problem, we propose a One-Step Denoising Diffusion Probabilistic Model (OS-DDPM) for anisotropic MRI SR, which can generate isotropic High-Resolution (HR) data in a single sampling step. Firstly, we construct a Dual-Domain One-Step Generator (DDOS-Generator) comprising a student network for initial reconstruction in the spatial domain and a wavelet denoising module for noise suppression and detail refinement in the wavelet domain. Secondly, variational score distillation is applied to distill the generative prior from the pre-trained multi-step DDPM (teacher) to OS-DDPM, which can produce high-quality one-step SR data comparable to multi-step SR data. Finally, diffusion-based noise-aware contrastive learning is designed to bridge the distribution mismatch between one-step SR data and HR data. Extensive experiments on two public datasets demonstrate that the proposed method offers a fast inference speed and outperforms existing anisotropic SR methods and its teacher diffusion model in most metrics.
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