Improved myelin water fraction mapping with deep neural networks using synthetically generated 3D data

计算机科学 生成模型 模式识别(心理学) 卷积神经网络 人工智能 参数统计 重复性 均方误差 分数(化学) 概率逻辑 数学 统计 生成语法 有机化学 化学
作者
Serge Vasylechko,Simon K. Warfield,Sila Kurugol,Onur Afacan
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:91: 102966-102966 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.media.2023.102966
摘要

We introduce a generative model for synthesis of large scale 3D datasets for quantitative parameter mapping of myelin water fraction (MWF). Our model combines a MR physics signal decay model with an accurate probabilistic multi-component parametric T2 model. We synthetically generate a wide variety of high quality signals and corresponding parameters from a wide range of naturally occurring prior parameter values. To capture spatial variation, the generative signal decay model is combined with a generative spatial model conditioned on generic tissue segmentations. Synthesized 3D datasets can be used to train any convolutional neural network (CNN) based architecture for MWF estimation. Our source code is available at: https://github.com/quin-med-harvard-edu/synthmap Reduction of acquisition time at the expense of lower SNR, as well as accuracy and repeatability of MWF estimation techniques, are key factors that affect the adoption of MWF mapping in clinical practice. We demonstrate that the synthetically trained CNN provides superior accuracy over the competing methods under the constraints of naturally occuring noise levels as well as on the synthetically generated images at low SNR levels.Normalized root mean squared error (nRMSE) is less than 7% on synthetic data, which is significantly lower than competing methods. Additionally, the proposed method yields a coefficient of variation (CoV) that is at least 4x better than the competing method on intra-session test-retest reference dataset.
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