Learning based single image super resolution (SISR) task is well investigated in 2D images. However, SISR for 3D Magnetics Resonance Images (MRI) is more challenging compared to 2D, mainly due to the increased number of neural network parameters, the larger memory requirement and the limited amount of available training data. Current SISR methods for 3D volumetric images are based on Generative Adversarial Networks (GANs), especially Wasserstein GANs due to their training stability. Other common architectures in the 2D domain, e.g. transformer models, require large amounts of training data and are therefore not suitable for the limited 3D data. However, Wasserstein GANs can be problematic because they may not converge to a global optimum and thus produce blurry results. Here, we propose a new method for 3D SR based on the GAN framework. Specifically, we use instance noise to balance the GAN training. Furthermore, we use a relativistic GAN loss function and an updating feature extractor during the training process. We show that our method produces highly accurate results. We also show that we need very few training samples. In particular, we need less than 30 samples instead of thousands of training samples that are typically required in previous studies. Finally, we show improved out-of-sample results produced by our model.


翻译:学习基础的单张图像超分辨率(SISR)任务在 2D 图像领域得到了深入研究。但是,与 2D 相比,对于三维磁共振成像的SISR任务更具挑战性,主要是由于所需的神经网络参数增多,内存要求更大,训练数据数量有限。目前 3D 体积图像的 SISR 方法基于生成对抗网络(GAN),特别是由于其训练稳定性而主要是基于沃瑟斯坦 GAN。在 2D 领域中的其他常见架构,如变压器模型,则需要大量训练数据,因此不适用于有限的 3D 数据。然而,沃瑟斯坦 GAN 存在问题,因为它们可能不会收敛到全局最优解,从而产生模糊结果。在此,我们提议了一种新的基于 GAN 框架的 3D SR 方法。具体而言,我们使用实例噪声来平衡 GAN 训练。此外,我们在训练过程中使用相对论 GAN 损失函数和特征提取器更新。我们表明我们的方法产生高度准确的结果,同时我们只需要很少的训练样本。特别是,我们只需要少于 30 个样本,而先前的研究通常需要数千个训练样本。最后,我们展示了我们的模型产生的改进的外部样本结果。

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