Global correlations are widely seen in human anatomical structures due to similarity across tissues and bones. These correlations are reflected in magnetic resonance imaging (MRI) scans as a result of close-range proton density and T1/T2 parameter. Furthermore, to achieve accelerated MRI, k-space data are undersampled which causes global aliasing artifacts. Convolutional neural network (CNN) models are widely utilized for accelerated MRI reconstruction, but those models are limited in capturing global correlations due to the intrinsic locality of the convolution operation. The self-attention-based transformer models are capable of capturing global correlations among image features, however, the current contributions of transformer models for MRI reconstruction are minute. The existing contributions mostly provide CNN-transformer hybrid solutions and rarely leverage the physics of MRI. In this paper, we propose a physics-based stand-alone (convolution free) transformer model titled, the Multi-head Cascaded Swin Transformers (McSTRA) for accelerated MRI reconstruction. McSTRA combines several interconnected MRI physics-related concepts with the transformer networks: it exploits global MR features via the shifted window self-attention mechanism; it extracts MR features belonging to different spectral components separately using a multi-head setup; it iterates between intermediate de-aliasing and k-space correction via a cascaded network with data consistency in k-space and intermediate loss computations; furthermore, we propose a novel positional embedding generation mechanism to guide self-attention utilizing the point spread function corresponding to the undersampling mask. Our model significantly outperforms state-of-the-art MRI reconstruction methods both visually and quantitatively while depicting improved resolution and removal of aliasing artifacts.


翻译:由于组织和骨骼的相似性,人类解剖结构中广泛看到全球相关关系。这些相关关系反映在磁共振成像(MRI)扫描中,这是近距离质子密度和T1/T2参数的结果。此外,为了实现加速磁共振密度,K-空间数据抽样不足,从而导致全球别名文物的复制。在加速磁共振重建中,广泛使用动态神经网络模型(CNN),但这些模型在获取全球相关关系方面有限,但由于中间层运行的内在位置,这些模型在获取全球相关关系方面有限。基于自我注意的变压器模型模型模型模型模型能够捕捉到图像特征之间的全球相关关系。然而,目前变压模型模型模型模型模型对MIR重建的贡献是一分钟。现有贡献大多提供CNNT-透明混合解决方案,而很少利用MRI的物理。在本文中,我们建议以物理为基础的独立(无变压)变压式变压模型模型模型向加速磁共振变换。 McSTRA将一些与内部变压的模型模型相关概念结合,同时利用内部变压数据网络的变压数据功能,同时利用内部变压模型变压的模型变压模型变压数据网络功能。

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