Segmentation-Free Velocity Field Super-Resolution on 4D Flow MRI

平滑的 算法 计算 噪音(视频) 分割 计算机视觉 成像体模 人工智能 图像分割 图像分辨率 计算机科学 信噪比(成像) 模式识别(心理学) 图像(数学) 物理 光学 电信
作者
Sébastien Levilly,Saïd Moussaoui,Jean‐Michel Serfaty
出处
期刊:IEEE transactions on image processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33: 5637-5649
标识
DOI:10.1109/tip.2024.3470553
摘要

Blood flow observation is of high interest in cardiovascular disease diagnosis and assessment.For this purpose, 2D Phase-Contrast MRI is widely used in the clinical routine.4D flow MRI sequences, which dynamically image the anatomic shape and velocity vectors within a region of interest, are promising but rarely used due to their low resolution and signal-to-noise ratio (SNR).Computational fluid dynamics (CFD) simulation is considered as a reference solution for resolution enhancement.However, its precision relies on image segmentation and a clinical expertise for the definition of the vessel borders.The main contribution of this paper is a Segmentation-Free Super-Resolution (SFSR) algorithm.Based on inverse problem methodology, SFSR relies on minimizing a compound criterion involving: a data fidelity term, a fluid mechanics term, and a spatial velocity smoothing term.The proposed algorithm is evaluated with respect to state-of-theart solutions, in terms of quantification error and computation time, on a synthetic 3D dataset with several noise levels, resulting in a 59% RMSE improvement and factor 2 super-resolution with a noise standard deviation of 5% of the Venc.Finally, its performance is demonstrated, with a scale factor of 2 and 3, on a pulsed flow phantom dataset with more complex patterns.The application on in-vivo were achievable within the 10 min.computation time.
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