Fast and accurate reconstruction of magnetic resonance (MR) images from under-sampled data is important in many clinical applications. In recent years, deep learning-based methods have been shown to produce superior performance on MR image reconstruction. However, these methods require large amounts of data which is difficult to collect and share due to the high cost of acquisition and medical data privacy regulations. In order to overcome this challenge, we propose a federated learning (FL) based solution in which we take advantage of the MR data available at different institutions while preserving patients' privacy. However, the generalizability of models trained with the FL setting can still be suboptimal due to domain shift, which results from the data collected at multiple institutions with different sensors, disease types, and acquisition protocols, etc. With the motivation of circumventing this challenge, we propose a cross-site modeling for MR image reconstruction in which the learned intermediate latent features among different source sites are aligned with the distribution of the latent features at the target site. Extensive experiments are conducted to provide various insights about FL for MR image reconstruction. Experimental results demonstrate that the proposed framework is a promising direction to utilize multi-institutional data without compromising patients' privacy for achieving improved MR image reconstruction. Our code will be available at https://github.com/guopengf/FLMRCM.


翻译:在许多临床应用中,快速和准确地重建来自未充分抽样数据的磁共振图像十分重要。近年来,深层次的学习方法显示,在光学共振图像重建方面产生优异的性能。然而,这些方法需要大量数据,由于购置和医疗数据保密条例费用高昂,难以收集和分享这些数据。为了克服这一挑战,我们提议了一个基于联合学习(FL)的解决方案,利用不同机构提供的光学共振数据,同时保护病人的隐私。然而,由于域变换,因此,经过FL设置培训的模型的通用性仍可能低于最佳水平,而域变换是不同传感器、疾病类型和获取协议等多个机构所收集数据的结果。由于绕过这一挑战的动机,我们提议为MR图像重建建立一个跨地点模型,使不同来源地点所学的中间潜在特征与目标站点潜在特征的分布相一致。进行了广泛的实验,以提供关于FLL图像重建的各种洞察度。实验结果表明,拟议的框架是利用多机构MLMR/MR(MR/MR)的可靠数据,在不牺牲病人的隐私重建中将有一个很有希望的方向。

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磁流变(Magnetorheological,简称MR)材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料。由于其响应快(ms量级)、可逆性好(撤去磁场后,又恢复初始状态)、以及通过调节磁场大小来控制材料的力学性能连续变化,因而近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用。
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