Multi-contrast magnetic resonance imaging (MRI) is widely used in clinical practice as each contrast provides complementary information. However, the availability of each contrast may vary amongst patients in reality. This poses challenges to both radiologists and automated image analysis algorithms. A general approach for tackling this problem is missing data imputation, which aims to synthesize the missing contrasts from existing ones. While several convolutional neural network (CNN) based algorithms have been proposed, they suffer from the fundamental limitations of CNN models, such as requirement for fixed numbers of input and output channels, inability to capture long-range dependencies, and lack of interpretability. In this paper, we formulate missing data imputation as a sequence-to-sequence learning problem and propose a multi-contrast multi-scale Transformer (MMT), which can take any subset of input contrasts and synthesize those that are missing. MMT consists of a multi-scale Transformer encoder that builds hierarchical representations of inputs combined with a multi-scale Transformer decoder that generates the outputs in a coarse-to-fine fashion. Thanks to the proposed multi-contrast Swin Transformer blocks, it can efficiently capture intra- and inter-contrast dependencies for accurate image synthesis. Moreover, MMT is inherently interpretable. It allows us to understand the importance of each input contrast in different regions by analyzing the in-built attention maps of Transformer blocks in the decoder. Extensive experiments on two large-scale multi-contrast MRI datasets demonstrate that MMT outperforms the state-of-the-art methods quantitatively and qualitatively.


翻译:多孔磁共振成像(MRI)在临床实践中被广泛使用,因为每个对比能提供补充信息。然而,每个对比的可用性在现实病人中可能各不相同。这对放射学家和自动图像分析算法都提出了挑战。解决这一问题的一般方法是缺少数据估算法,目的是综合与现有差异的缺失对比。虽然提出了若干基于神经神经网络(CNN)的演算法,但它们受到CNN模型的根本局限性,如对输入和输出渠道固定数量的需求、无法捕捉远程依赖性以及缺乏解释性等。在本文件中,我们将缺失的数据估算作为序列到序列学习问题,并提出多孔多层次多层次变异(MMMMT),它可以包含任何输入对比的组合并综合缺失的。MMMMT包含一个多级变异变电解的电解码,它能用一个多层次变压的变压式变压式数据解调,在内部变压式变压中生成两个大层次的输出数据,在内部变压的变压中可以显示内部变压。

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