Self‐supervised learning for denoising of multidimensional MRI data

计算机科学 人工智能 降噪 概化理论 模式识别(心理学) 噪音(视频) 基本事实 冗余(工程) 数据集 数据挖掘 机器学习 图像(数学) 数学 统计 操作系统
作者
Beomgu Kang,Wonil Lee,Hyunseok Seo,Hye‐Young Heo,HyunWook Park
出处
期刊:Magnetic Resonance in Medicine [Wiley]
标识
DOI:10.1002/mrm.30197
摘要

Abstract Purpose To develop a fast denoising framework for high‐dimensional MRI data based on a self‐supervised learning scheme, which does not require ground truth clean image. Theory and Methods Quantitative MRI faces limitations in SNR, because the variation of signal amplitude in a large set of images is the key mechanism for quantification. In addition, the complex non‐linear signal models make the fitting process vulnerable to noise. To address these issues, we propose a fast deep‐learning framework for denoising, which efficiently exploits the redundancy in multidimensional MRI data. A self‐supervised model was designed to use only noisy images for training, bypassing the challenge of clean data paucity in clinical practice. For validation, we used two different datasets of simulated magnetization transfer contrast MR fingerprinting (MTC‐MRF) dataset and in vivo DWI image dataset to show the generalizability. Results The proposed method drastically improved denoising performance in the presence of mild‐to‐severe noise regardless of noise distributions compared to previous methods of the BM3D, tMPPCA, and Patch2self. The improvements were even pronounced in the following quantification results from the denoised images. Conclusion The proposed MD‐S2S (Multidimensional‐Self2Self) denoising technique could be further applied to various multi‐dimensional MRI data and improve the quantification accuracy of tissue parameter maps.

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