Self‐supervised IVIM DWI parameter estimation with a physics based forward model

盒内非相干运动 稳健性(进化) 人工智能 重复性 计算机科学 模式识别(心理学) 估计理论 人工神经网络 数学 磁共振弥散成像 统计 磁共振成像 算法 医学 放射科 生物化学 化学 基因
作者
Serge Vasylechko,Simon K. Warfield,Onur Afacan,Sila Kurugol
出处
期刊:Magnetic Resonance in Medicine [Wiley]
卷期号:87 (2): 904-914 被引量:40
标识
DOI:10.1002/mrm.28989
摘要

Purpose To assess the robustness and repeatability of intravoxel incoherent motion model (IVIM) parameter estimation for the diffusion‐weighted MRI in the abdominal organs under the constraints of noisy diffusion signal using a novel neural network method. Methods Clinically acquired abdominal scans of Crohn’s disease patients were retrospectively analyzed with regions segmented in the kidney cortex, spleen, liver, and bowel. A novel IVIM parameter fitting method based on the principle of a physics guided self‐supervised convolutional neural network that does not require reference parameter estimates for training was compared to a conventional non‐linear least squares (NNLS) algorithm, and a voxelwise trained artificial neural network (ANN). Results Results showed substantial increase in parameter robustness to the noise corrupted signal. In an intra‐session repeatability experiment, the proposed method showed reduced coefficient of variation (CoV) over multiple acquisitions in comparison to conventional NLLS method and comparable performance to ANN. The use of D and f estimates from the proposed method led to the smallest misclassification error in linear discriminant analysis for characterization between normal and abnormal Crohn’s disease bowel tissue. The fitting of parameter remains to be challenging. Conclusion The proposed method yields robust estimates of D and f IVIM parameters under the constraints of noisy diffusion signal. This indicates a potential for the use of the proposed method in conjunction with accelerated DW‐MRI acquisition strategies, which would typically result in lower signal to noise ratio.

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