Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) is a noninvasive tool to reveal metabolic information. One challenge of 1H-MRS is the low Signal-Noise Ratio (SNR). To improve the SNR, a typical approach is to perform Signal Averaging (SA) with M repeated samples. The data acquisition time, however, is increased by M times accordingly, and a complete clinical MRS scan takes approximately 10 minutes at a common setting M=128. Recently, deep learning has been introduced to improve the SNR but most of them use the simulated data as the training set. This may hinder the MRS applications since some potential differences, such as acquisition system imperfections, and physiological and psychologic conditions may exist between the simulated and in vivo data. Here, we proposed a new scheme that purely used the repeated samples of realistic data. A deep learning model, Refusion Long Short-Term Memory (ReLSTM), was designed to learn the mapping from the low SNR time-domain data (24 SA) to the high SNR one (128 SA). Experiments on the in vivo brain spectra of 7 healthy subjects, 2 brain tumor patients and 1 cerebral infarction patient showed that only using 20% repeated samples, the denoised spectra by ReLSTM could provide comparable estimated concentrations of metabolites to 128 SA. Compared with the state-of-the-art low-rank denoising method, the ReLSTM achieved the lower relative error and the Cram\'er-Rao lower bounds in quantifying some important biomarkers. In summary, ReLSTM can perform high-fidelity denoising of the spectra under fast acquisition (24 SA), which would be valuable to MRS clinical studies.


翻译:磁共振光谱( MRS) 是一个非侵入性工具, 用于披露代谢信息。 1H- MRS 的挑战之一是信号- 信号- 噪音比率( SNR) 低。 要改进 SNR, 典型的方法是用M反复样本进行信号动画(SA) 。 然而,数据采集时间相应增加 m times, 完整的临床IMRS扫描在通用设置M=128时需要大约10分钟。 最近, 引入了深度学习来改进 SNR, 但他们大多使用模拟数据作为培训集。 这可能会妨碍 MRS的应用, 因为某些潜在的差异, 如获取系统不完善, 以及生理和心理条件条件可能存在模拟和活性数据( SSA) 。 我们在这里提出了一个完全使用现实数据重复样本的新计划。 一个深层次的学习模型, Remurvil- Reducal- 短期内存(ReLSTM), 目的是学习从低级SNR( 24 SA) 到高级 SNR (128 SA) 一级。 低级的低级 的 的DNA中, 只能通过对20 Restal- recol- recol- real Restal 进行实验进行实验研究, 20- recol- recolal 的实验, 10 10 直径中, 直径 直径 直径 直系中, 直判 直测 直测了20个 直 直 直 直径 直径 直径 直径, 。

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