The onset of rheumatic diseases such as rheumatoid arthritis is typically subclinical, which results in challenging early detection of the disease. However, characteristic changes in the anatomy can be detected using imaging techniques such as MRI or CT. Modern imaging techniques such as chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI drive the hope to improve early detection even further through the imaging of metabolites in the body. To image small structures in the joints of patients, typically one of the first regions where changes due to the disease occur, a high resolution for the CEST MR imaging is necessary. Currently, however, CEST MR suffers from an inherently low resolution due to the underlying physical constraints of the acquisition. In this work we compared established up-sampling techniques to neural network-based super-resolution approaches. We could show, that neural networks are able to learn the mapping from low-resolution to high-resolution unsaturated CEST images considerably better than present methods. On the test set a PSNR of 32.29dB (+10%), a NRMSE of 0.14 (+28%), and a SSIM of 0.85 (+15%) could be achieved using a ResNet neural network, improving the baseline considerably. This work paves the way for the prospective investigation of neural networks for super-resolution CEST MRI and, followingly, might lead to a earlier detection of the onset of rheumatic diseases.


翻译:风湿性关节炎等风湿性疾病的发病通常是次临床性疾病,导致对疾病的早期检测具有挑战性。然而,利用MRI或CT等成像技术可以检测出解剖学的特征变化。现代成像技术,如化学交换饱和性转移(CEST)等现代成像技术有望通过人体代谢物成像来进一步改进早期检测。在患者的关节中,典型地是该疾病发生变化的最初地区之一,在患者关节中呈现小结构,这需要高分辨率的CESTMM成像。然而,目前,CESTMMM因获取的内在物理限制而具有内在的低分辨率。在这项工作中,我们把已经建立的采样技术与基于神经网络的超分辨率转移(CEST)方法进行比较,从低分辨率到高分辨率不饱和的CEEST图像都比目前的方法要好得多。在测试中设定了32.29dB(+10%)的PSRINRME(+28%),随后的NRMSEMMMMMM因内在的内在低分辨率而有内在的内在低分辨率。在早期的网络上,在早期测试网络上可以改进0.14(RCE+28%),而大大地改进SIMMIN15的SIMMER网络上改进了SIMMUR15。

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