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MRI Compressed Sensing Image Reconstruction Using Deep Learning

Research Project

Project/Area Number 19K04423
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionUtsunomiya University

Principal Investigator

ITO SATOSHI  宇都宮大学, 工学部, 教授 (80261816)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords磁気共鳴映像法 / 深層学習 / 圧縮センシング / 高速撮像 / 画像再構成 / MRI / 再構成 / イメージング
Outline of Research at the Start

磁気共鳴現象を利用したMRIの課題の一つに撮像の高速化がある.近年,数理的に撮像を高速化できる圧縮センシングが応用されるようになり,一部は実用化に至っている.圧縮センシングは今後も期待できる有望な方法であるが,得られる画像が自然でない場合があること,また画像再構成に時間を要するという2つの問題がある.そこで,本申請では画像再構成問題に深層学習を導入する全く新しい方法について検討を行う.深層学習の応用は上記の2つの問題を解決できるだけでなく,撮像法を含めてMRIに新たな価値を創造する可能性がある.そこで,MRIの撮像法と再構成を統合した新たな高速撮像法を本研究のテーマとする.

Outline of Final Research Achievements

Deep learning-based image reconstruction methods produced higher quality images than conventional iterative reconstruction methods in compressed sensing MRI. There was no appearance of unnaturalness in the images, and the reconstruction time was greatly reduced to within 0.5 seconds, which solved most of the initial issues. With respect to learning methods, signal-to-image learning is robust to signal under-sampling patterns, and image-to-image learning is robust to signal under-sampling. Deep learning-based reconstruction is not just a replacement for iterative reconstruction methods, but can relax the conditions for compressed sensing, suggesting the possibility of changing even the measurement method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

MRIの撮像時間を短縮する目的で圧縮センシングを導入する研究を行った.課題であった画質と再構成時間の短縮は高いレベルで満足できる結果を得た.また,深層学習再構成の方式によっても画質や再構成時間,必要な画像データ数などが異なり,それぞれ特徴があることが明らかになった.さらに,深層学習の導入は計測方法の常識までも変える可能性を持ち,今後さらに計測と計算機処理の融合により高いレベルでの計測,さらなる撮像時間の短縮化など新たな次元の計測へ展開する方向性が示唆された.このように深層学習に代表されるデータ駆動科学のMRI応用において新たな知見が得られたことから学術的,社会的意義は大きいものがある.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (77 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (20 results) (of which Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 3 results) Presentation (55 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Efficient complex-valued image reconstruction for compressed sensing MRI using single real-valued convolutional neural network2023

    • Author(s)
      Ouchi Shohei、Ito Satoshi
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      Magnetic Resonance Imaging

      Volume: 101 Pages: 13-24

    • DOI

      10.1016/j.mri.2023.03.011

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      Proc. of International Society of Magnetic Resonance in Medicine 31th Scientific Meeting, Toronto, Canada

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    • NAID

      130008025843

    • ISSN
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    • Year and Date
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      10.11409/mit.39.59

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      130008025841

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      2021-03-25
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      Ouchi Shohei、Ito Satoshi
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      Volume: 20 Issue: 2 Pages: 190-203

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      10.2463/mrms.mp.2019-0139

    • NAID

      130008046942

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      130007699793

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      宮本 裕大, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第39回日本医用画像工学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Deep-Learning-based MR Compressed Sensing using Non-randomly Under-sampled Signal in Nonlinear Phase Encoding Imaging2020

    • Author(s)
      Ito Satoshi, Ouchi Shohei,
    • Organizer
      Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference 2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dual Stage Super-Resolution in Quadratic Phase Scrambling Imaging using Iterative Signal Band Expansion and Deep CNN Super-resolution2020

    • Author(s)
      Ito Satoshi, Hiromichi Wakatsuki,
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine 28th Scientific Meeting
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Efficient Phase-varied Image Reconstruction using Single Deep Convolutional Neural Network without Estimation of Phase Distribution2020

    • Author(s)
      Ouchi Shohei, Ito Satoshi
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine 28th Scientific Meeting
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of Reconstruction Performances between Deep Learning and Iterative methods in MR Compressed Sensing2020

    • Author(s)
      Ouchi Shohei, Ito Satoshi
    • Organizer
      The 11th Asian Pacific Conference on Medical and Biological Engineering
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非ランダム信号間引きによるMR圧縮センシングの深層学習再構成2020

    • Author(s)
      佐藤 祐紀, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Deep Scaled Domain Learning for Compressed MRI using Optional Scaling Transform2019

    • Author(s)
      Satoshi ITO, Kohei SATO
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Meeting(査読有り)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Super-resolution based on the Signal Extrapolation in Phase scrambling Fourier Transform Imaging using Deep Convolutional Neural Network2019

    • Author(s)
      Satoshi ITO
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Meeting(査読有り)
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] De-Aliasing for Under-sampling in Phase Scrambling Fourier Transform Imaging using Alias-free Reconstruction and Deep Convolutional Neural Network2019

    • Author(s)
      Satoshi ITO, Tsukasa SAITO
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Meeting(査読有り)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep Learning based Compressed Sensing Image Reconstruction Robust to Phase Variation2019

    • Author(s)
      Shohei OUCHI, Satoshi ITO
    • Organizer
      International Society of Magnetic Resonance in Medicine Japanese Chapter Meeting, Chiba, Japan(査読有り)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層学習を利用したMRイメージング2019

    • Author(s)
      伊藤 聡志
    • Organizer
      第38回日本医用画像工学会大会
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 敵対的生成ネットワークを利用したMR圧縮センシング再構成の基礎検討2019

    • Author(s)
      大内 翔平, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第38回日本医用画像工学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] スパース化空間の類似性を利用した単一画像超解像2019

    • Author(s)
      竹間 康浩, 大内 翔平, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第38回日本医用画像工学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 非ランダム間引き収集によるMR圧縮センシングの深層学習再構成2019

    • Author(s)
      佐藤 佑紀, 風間 椋, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第38回日本医用画像工学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] MR圧縮センシングにおけるADMM-Netを利用した深層学習再構成の検討2019

    • Author(s)
      植松 駿, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第38回日本医用画像工学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 敵対的生成ネットワークを利用した圧縮センシング再構成2019

    • Author(s)
      大内 翔平, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ADMM-Netを利用したMR圧縮センシング再構成の検討2019

    • Author(s)
      植松 駿, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] スパース表現の相似性を利用した単一画像超解像に関する検討2019

    • Author(s)
      竹間 康浩, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 深層学習を利用しMR位相拡散フーリエ法再生像の超解像2019

    • Author(s)
      若槻 泰廸, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 深層学習を利用したMRブラインドノイズ画像のデノイジング2019

    • Author(s)
      高野 航平, 伊藤 聡志
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] MR圧縮センシングの深層学習再構成における非ランダム間引き法の検討2019

    • Author(s)
      佐藤 佑紀, 伊藤 聡志
    • Organizer
      映像情報メディア学会 メディア工学研究会
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      2019 Research-status Report
  • [Book] 2020-2021年版 はじめての医用画像ディープラーニング2020

    • Author(s)
      藤田 広志
    • Total Pages
      260
    • Publisher
      オーム社
    • ISBN
      9784274225444
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      2020 Research-status Report
  • [Book] 2020-2021年版 はじめての医用画像ディープラーニング (MRI再構成部分を執筆)2020

    • Author(s)
      藤田広志監修/編,伊藤聡志ほか
    • Total Pages
      278
    • Publisher
      オーム社
    • ISBN
      9784274225444
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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