Parallel MR Image Reconstruction Using Augmented Lagrangian Methods

增广拉格朗日法 正规化(语言学) 迭代重建 数学优化 小波 算法 最优化问题 计算机科学 共轭梯度法 混叠 非线性系统 非线性共轭梯度法 数学 人工智能 梯度下降 欠采样 人工神经网络 物理 量子力学
作者
Sathish Ramani,Jeffrey A. Fessler
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30 (3): 694-706 被引量:218
标识
DOI:10.1109/tmi.2010.2093536
摘要

Magnetic resonance image (MRI) reconstruction using SENSitivity Encoding (SENSE) requires regularization to suppress noise and aliasing effects. Edge-preserving and sparsity-based regularization criteria can improve image quality, but they demand computation-intensive nonlinear optimization. In this paper, we present novel methods for regularized MRI reconstruction from undersampled sensitivity encoded data—SENSE-reconstruction—using the augmented Lagrangian (AL) framework for solving large-scale constrained optimization problems. We first formulate regularized SENSE-reconstruction as an unconstrained optimization task and then convert it to a set of (equivalent) constrained problems using variable splitting. We then attack these constrained versions in an AL framework using an alternating minimization method, leading to algorithms that can be implemented easily. The proposed methods are applicable to a general class of regularizers that includes popular edge-preserving (e.g., total-variation) and sparsity-promoting (e.g., $\ell _{1}$ -norm of wavelet coefficients) criteria and combinations thereof. Numerical experiments with synthetic and in vivo human data illustrate that the proposed AL algorithms converge faster than both general-purpose optimization algorithms such as nonlinear conjugate gradient (NCG) and state-of-the-art MFISTA.
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