Noise Propagation and MP-PCA Image Denoising for High-Resolution Quantitative $R_2^{\rm{*}}$, $T_2^{\rm{*}}$, and Magnetic Susceptibility Mapping (QSM)

定量磁化率图 降噪 图像分辨率 噪音(视频) 分辨率(逻辑) 物理 模式识别(心理学) 核磁共振 人工智能 图像(数学) 计算机科学 光学 声学 磁共振成像 医学 放射科
作者
Liad Doniza,Mitchel Lee,Tamar Blumenfeld‐Katzir,Moran Artzi,Dafna Ben Bashat,Orna Aizenstein,Dvir Radunsky,Fenella J. Kirkham,G. E. Thomas,Rimona S. Weil,Karin Shmueli,Noam Ben‐Eliezer
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (11): 3277-3287 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tbme.2025.3566561
摘要

: Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) measures magnetic susceptibility of tissues, aiding in the detection of pathologies like traumatic brain injury, cerebral microbleeds, Parkinson's disease, and multiple sclerosis, through analysis of variations in substances such as iron and calcium. Despite its clinical value, using high-resolution QSM (voxel sizes < 1 mm3) reduces signal-to-noise ratio (SNR), which compromises diagnostic quality. Methods: Denoising of T2* -weighted (T2*) data was implemented using Marchenko-Pastur Principal Component Analysis (MP-PCA), allowing to enhance the quality of R2*, T2*, and QSM maps. Proof of concept of the denoising technique was demonstrated on a numerical phantom, healthy subjects, and patients with brain metastases and sickle cell anemia. Results: Effective and robust denoising was observed across different scan settings, offering higher SNR and improved accuracy. Noise propagation was analyzed between T2*w, R2*, and T2* values, revealing augmentation of noise in T2*w compared to R2* values. Conclusions: The use of MP-PCA denoising allows the collection of high resolution (∼0.5 mm3) QSM data at clinical scan times, without compromising SNR. Significance: The presented pipeline could enhance the diagnosis of various neurological diseases by providing higher-definition mapping of small vessels and of variations in iron or calcium
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