We introduce a framework that enables efficient sampling from learned probability distributions for MRI reconstruction. Different from conventional deep learning-based MRI reconstruction techniques, samples are drawn from the posterior distribution given the measured k-space using the Markov chain Monte Carlo (MCMC) method. In addition to the maximum a posteriori (MAP) estimate for the image, which can be obtained with conventional methods, the minimum mean square error (MMSE) estimate and uncertainty maps can also be computed. The data-driven Markov chains are constructed from the generative model learned from a given image database and are independent of the forward operator that is used to model the k-space measurement. This provides flexibility because the method can be applied to k-space acquired with different sampling schemes or receive coils using the same pre-trained models. Furthermore, we use a framework based on a reverse diffusion process to be able to utilize advanced generative models. The performance of the method is evaluated on an open dataset using 10-fold accelerated acquisition.


翻译:我们引入了一个框架,以便从为MRI重建所学的概率分布中进行高效取样。不同于传统的深层次学习的MRI重建技术,样本来自使用Markov链Monte Carlo(MCMC)方法测量的 k- 空间的后方分布。除了能够用传统方法获得的图像的事后(MAP)最大估计外,还可以计算最小平均差(MMSE)估计值和不确定性图。数据驱动的Markov链系是根据从特定图像数据库所学的基因化模型构建的,独立于用于模拟k- 空间测量的远端操作器。这提供了灵活性,因为这种方法可以适用于使用不同取样方法获得的 k- 空间,或者使用相同的预先培训模型接收线圈。此外,我们使用一个基于反向扩散过程的框架,以便能够使用先进的基因化模型。该方法的性能通过使用10倍加速获取的开放数据集进行评估。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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