DiffM 4 RI: A Latent Diffusion Model With Modality Inpainting for Synthesizing Missing Modalities in MRI Analysis

模态(人机交互) 修补 计算机科学 缺少数据 模式 人工智能 磁共振成像 核医学 模式识别(心理学) 放射科 医学 图像(数学) 机器学习 社会科学 社会学
作者
Ye Wen,Zhetao Guo,Yuxiang Ren,Yi Tian,Yushi Shen,Zan Chen,Junjun He,Jing Ke,Yiqing Shen
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30 (2): 1006-1018 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jbhi.2025.3580510
摘要

Foundation Models (FMs) have shown great promise for multimodal medical image analysis such as Magnetic Resonance Imaging (MRI). However, certain MRI sequences may be unavailable due to various constraints, such as limited scanning time, patient discomfort, or scanner limitations. The absence of certain modalities can hinder the performance of FMs in clinical applications, making effective missing modality imputation crucial for ensuring their applicability. Previous approaches, including generative adversarial networks (GANs), have been employed to synthesize missing modalities in either a one-to-one or many-to-one manner. However, these methods have limitations, as they require training a new model for different missing scenarios and are prone to mode collapse, generating limited diversity in the synthesized images. To address these challenges, we propose DiffM4RI, a diffusion model for many-to-many missing modality imputation in MRI. DiffM4RI innovatively formulates the missing modality imputation as a modality-level inpainting task, enabling it to handle arbitrary missing modality situations without the need for training multiple networks. Experiments on the BraTs datasets demonstrate DiffM4RI can achieve an average SSIM improvement of 0.15 over MustGAN, 0.1 over SynDiff, and 0.02 over VQ-VAE-2. These results highlight the potential of DiffM4RI in enhancing the reliability of FMs in clinical applications.
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