EEUR-Net: End-to-End Optimization of Under-Sampling and Reconstruction Network for 3D Magnetic Resonance Imaging

采样(信号处理) 计算机科学 编码(内存) 人工智能 迭代重建 笛卡尔坐标系 过采样 人工神经网络 欠采样 算法 模式识别(心理学) 计算机视觉 数学 带宽(计算) 几何学 滤波器(信号处理) 计算机网络
作者
Quan Dong,Yiming Liu,Jing Xiao,Yanwei Pang
出处
期刊:Electronics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (2): 277-277
标识
DOI:10.3390/electronics13020277
摘要

It is time-consuming to acquire complete data by fully phase encoding in two orthogonal directions along with one frequency encoding direction. Under-sampling in the 3D k-space is promising in accelerating such 3D MRI process. Although 3D under-sampling can be conducted according to predefined probability density, the density-based method is not optimal. Because of the large amount of 3D data and computational cost, it is challenging to perform data-driven and learning-based 3D under-sampling and subsequent 3D reconstruction. To tackle this challenge, this paper proposes a deep neural network called EEUR-Net, realized by optimizing specific under-sampling patterns for the fully sampled 3D k-space data. Innovatively, our under-sampling algorithm employs an end-to-end deep learning approach to optimize phase encoding patterns and uses a 3D U-Net for image reconstruction of under-sampled data. Through end-to-end training, we obtain an optimized 3D under-sampling pattern, which significantly enhances the quality of the reconstructed image under the same acceleration factor. A series of experiments on a knee MRI dataset demonstrate that, in comparison to standard random uniform, radial, Poisson and equispaced Cartesian under-sampling schemes, our end-to-end learned under-sampling pattern considerably improves the reconstruction quality of under-sampled MRI images.

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