Deep Physics-Informed Super-Resolution of Cardiac 4D-Flow MRI

增采样 图像分辨率 计算机科学 时间分辨率 稳健性(进化) 算法 人工智能 物理 光学 图像(数学) 生物化学 基因 化学
作者
Fergus Shone,Nishant Ravikumar,Toni Lassila,Michael MacRaild,Yongxing Wang,Zeike A. Taylor,Peter K. Jimack,Erica Dall’Armellina,Alejandro F. Frangi
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science [Springer Science+Business Media]
卷期号:: 511-522 被引量:5
标识
DOI:10.1007/978-3-031-34048-2_39
摘要

4D-flow magnetic resonance imaging (MRI) provides non-invasive blood flow reconstructions in the heart. However, low spatio-temporal resolution and significant noise artefacts hamper the accuracy of derived haemodynamic quantities. We propose a physics-informed super-resolution approach to address these shortcomings and uncover hidden solution fields. We demonstrate the feasibility of the model through two synthetic studies generated using computational fluid dynamics. The Navier-Stokes equations and no-slip boundary condition on the endocardium are weakly enforced, regularising model predictions to accommodate network training without high-resolution labels. We show robustness to each type of data degradation, achieving normalised velocity RMSE values of under 16% at extreme spatial and temporal upsampling rates of 16 $$\times $$ and 10 $$\times $$ respectively, using a signal-to-noise ratio of 7.

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