Deep learning-based image super-resolution (DL-SR) has shown great promise in medical imaging applications. To date, most of the proposed methods for DL-SR have only been assessed by use of traditional measures of image quality (IQ) that are commonly employed in the field of computer vision. However, the impact of these methods on objective measures of image quality that are relevant to medical imaging tasks remains largely unexplored. In this study, we investigate the impact of DL-SR methods on binary signal detection performance. Two popular DL-SR methods, the super-resolution convolutional neural network (SRCNN) and the super-resolution generative adversarial network (SRGAN), were trained by use of simulated medical image data. Binary signal-known-exactly with background-known-statistically (SKE/BKS) and signal-known-statistically with background-known-statistically (SKS/BKS) detection tasks were formulated. Numerical observers, which included a neural network-approximated ideal observer and common linear numerical observers, were employed to assess the impact of DL-SR on task performance. The impact of the complexity of the DL-SR network architectures on task-performance was quantified. In addition, the utility of DL-SR for improving the task-performance of sub-optimal observers was investigated. Our numerical experiments confirmed that, as expected, DL-SR could improve traditional measures of IQ. However, for many of the study designs considered, the DL-SR methods provided little or no improvement in task performance and could even degrade it. It was observed that DL-SR could improve the task-performance of sub-optimal observers under certain conditions. The presented study highlights the urgent need for the objective assessment of DL-SR methods and suggests avenues for improving their efficacy in medical imaging applications.


翻译:深入学习的图像超分辨率(DL-SR)在医学成像应用中显示出巨大的希望。迄今为止,大多数DL-SR的拟议方法都仅仅通过使用计算机视觉领域常用的传统图像质量测量(IQ)进行评估,然而,这些方法对与医学成像任务相关的图像质量客观测量的影响基本上尚未探索。我们在这项研究中调查DL-SR方法对二进制信号检测性效果的影响。两种流行的传统DL-SR方法,即超级分辨率神经神经网络(SRCNN)和超分辨率基因对抗网络(SRGAN),仅通过使用模拟医学图像数据进行培训。这些方法对于与医学成像任务相关的图像质量客观测量性测量(SKE/BKS)和某些有名的信号性能测量性能测量性能测试(SKS/BKS)的检测性能检测性能。在数值观察中考虑的改进型神经网络-接近的理想观察家和通用直线线性辩论网络的性能评估方法,在DSR任务中采用定量性能评估任务的影响。

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