HyperSLICE: HyperBand optimized Spiral for Low-latency Interactive Cardiac Examination

要約

目的: インタラクティブな心臓磁気共鳴イメージングは​​、高速スキャン計画と MR 誘導介入に使用されます。
ただし、リアルタイムの取得とほぼリアルタイムの視覚化の要件により、達成可能な時空間解像度が制限されます。
この研究は、アンダーサンプリングされたスパイラル サンプリングの最適化と、低遅延再構築 (ディープ アーティファクト抑制) のための深層学習の活用を通じて、インタラクティブ イメージングの解像度を向上させることを目的としています。
方法: 可変密度スパイラル軌道が HyperBand を介してパラメータ化および最適化され、迅速な深いアーチファクト抑制に最適な軌道候補が提供されました。
トレーニング データは 692 個の息を止めた CINE で構成されていました。
開発された対話型シーケンスは、13 人の被験者 (10 人は画像評価、2 人はカテーテル挿入中、1 人は運動中) を対象にシミュレーションおよび前向きにテストされました。
この前向き研究では、最適化されたフレームワーク -HyperSLICE- が、定量的および定性的な画像メトリクスの観点から、従来のデカルト リアルタイムおよび息止め CINE イメージングと比較されました。
統計的差異は、事後ネメニ検定を伴うフリードマン カイ二乗検定を使用して検定されました (p<0.05)。 結果: シミュレーションでは、NRMSE、pSNR、SSIM、および LAPE はすべて、放射状および均一スパイラル サンプリングと比較して、最適化スパイラルを使用した場合、特にスキャン プラン変更後に統計的に有意に高かった (SSIM: 0.71 vs 0.45 および 0.43)。 将来的には、HyperSLICE により、従来のデカルト リアルタイム イメージングよりも高い空間的および時間的解像度が可能になります。 このパイプラインは、カテーテルの引き戻し中に患者で実証され、インタラクティブなイメージングに十分な速さの再構築が示されました。 結論: HyperSLICE は、高空間および時間解像度のインタラクティブ イメージングを可能にします。 スパイラル サンプリングを最適化することで、放射状および均一なスパイラル軌道と比較して、全体的な画質が向上し、画像遷移の優れた処理が可能になりました。

要約(オリジナル)

PURPOSE: Interactive cardiac magnetic resonance imaging is used for fast scan planning and MR guided interventions. However, the requirement for real-time acquisition and near real-time visualization constrains the achievable spatio-temporal resolution. This study aims to improve interactive imaging resolution through optimization of undersampled spiral sampling and leveraging of deep learning for low-latency reconstruction (deep artifact suppression). METHODS: A variable density spiral trajectory was parametrized and optimized via HyperBand to provide the best candidate trajectory for rapid deep artifact suppression. Training data consisted of 692 breath-held CINEs. The developed interactive sequence was tested in simulations and prospectively in 13 subjects (10 for image evaluation, 2 during catheterization, 1 during exercise). In the prospective study, the optimized framework -HyperSLICE- was compared to conventional Cartesian real-time, and breath-hold CINE imaging in terms quantitative and qualitative image metrics. Statistical differences were tested using Friedman chi-squared tests with post-hoc Nemenyi test (p<0.05). RESULTS: In simulations the NRMSE, pSNR, SSIM and LAPE were all statistically significantly higher using optimized spiral compared to radial and uniform spiral sampling, particularly after scan plan changes (SSIM: 0.71 vs 0.45 and 0.43). Prospectively, HyperSLICE enabled a higher spatial and temporal resolution than conventional Cartesian real-time imaging. The pipeline was demonstrated in patients during catheter pull back showing sufficiently fast reconstruction for interactive imaging. CONCLUSION: HyperSLICE enables high spatial and temporal resolution interactive imaging. Optimizing the spiral sampling enabled better overall image quality and superior handling of image transitions compared to radial and uniform spiral trajectories.

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