Magnetic Resonance (MR) images suffer from various types of artifacts due to motion, spatial resolution, and under-sampling. Conventional deep learning methods deal with removing a specific type of artifact, leading to separately trained models for each artifact type that lack the shared knowledge generalizable across artifacts. Moreover, training a model for each type and amount of artifact is a tedious process that consumes more training time and storage of models. On the other hand, the shared knowledge learned by jointly training the model on multiple artifacts might be inadequate to generalize under deviations in the types and amounts of artifacts. Model-agnostic meta-learning (MAML), a nested bi-level optimization framework is a promising technique to learn common knowledge across artifacts in the outer level of optimization, and artifact-specific restoration in the inner level. We propose curriculum-MAML (CMAML), a learning process that integrates MAML with curriculum learning to impart the knowledge of variable artifact complexity to adaptively learn restoration of multiple artifacts during training. Comparative studies against Stochastic Gradient Descent and MAML, using two cardiac datasets reveal that CMAML exhibits (i) better generalization with improved PSNR for 83% of unseen types and amounts of artifacts and improved SSIM in all cases, and (ii) better artifact suppression in 4 out of 5 cases of composite artifacts (scans with multiple artifacts).


翻译:磁共振成像(MRI)图像由于运动、空间分辨率、欠采样等原因而出现各种类型的伪像。传统的深度学习方法处理去除某种特定类型的伪像,导致每个伪像类型都需要单独训练模型,并且缺乏跨伪像通用的共享知识。此外,为每种类型和量的伪像训练模型是一项繁琐的过程,需要更多的训练时间和模型存储。另一方面,通过联合训练模型学习到的共享知识可能不足以应对各类型和量伪像下的广泛泛化。模型无关元学习(MAML),一种嵌套双层优化框架,是一种有前途的技术,用于在外部优化层上学习跨伪像的通用知识,并在内部优化层上完成特定于伪像的恢复。我们提出了一个名为课程-MAML(CMAML)的学习过程,将MAML与课程学习相结合,以适应性地学习多个伪像的恢复,并针对变量伪像复杂度传授知识。针对随机梯度下降和MAML,使用两个心脏数据集进行的对比研究表明,CMAML表现出(i)更好的泛化性能,83%的未见伪像类型和量的PSNR得到改善,并在所有情况下改善SSIM;(ii)在复合伪影的5个案例中,有4个案例中,其伪影抑制效果更佳。

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