Global correlations are widely seen in human anatomical structures due to similarity across tissues and bones. These correlations are reflected in magnetic resonance imaging (MRI) scans as a result of close-range proton density and T1/T2 parameters. Furthermore, to achieve accelerated MRI, k-space data are undersampled which causes global aliasing artifacts. Convolutional neural network (CNN) models are widely utilized for accelerated MRI reconstruction, but those models are limited in capturing global correlations due to the intrinsic locality of the convolution operation. The self-attention-based transformer models are capable of capturing global correlations among image features, however, the current contributions of transformer models for MRI reconstruction are minute. The existing contributions mostly provide CNN-transformer hybrid solutions and rarely leverage the physics of MRI. In this paper, we propose a physics-based stand-alone (convolution free) transformer model titled, the Multi-head Cascaded Swin Transformers (McSTRA) for accelerated MRI reconstruction. McSTRA combines several interconnected MRI physics-related concepts with the transformer networks: it exploits global MR features via the shifted window self-attention mechanism; it extracts MR features belonging to different spectral components separately using a multi-head setup; it iterates between intermediate de-aliasing and k-space correction via a cascaded network with data consistency in k-space and intermediate loss computations; furthermore, we propose a novel positional embedding generation mechanism to guide self-attention utilizing the point spread function corresponding to the undersampling mask. Our model significantly outperforms state-of-the-art MRI reconstruction methods both visually and quantitatively while depicting improved resolution and removal of aliasing artifacts.


翻译:在人体解剖结构中,由于组织和骨骼的相似性,全球的关联被广泛看到。这些关联体现在磁共振成像(MRI)扫描中,这是近距离质子密度和T1/T2参数的结果。此外,为了实现加速磁共振,K-空间数据抽样不足,从而导致全球化雕塑文物。在加速磁共振重建过程中,广泛使用动态神经网络模型(CNN),但这些模型在获取全球相关关系方面有限,但由于循环行动的内在位置,这些模型在获取全球相关关系方面有限。基于自我注意的变压器模型模型模型能够捕捉到图像特征之间的全球相关关系。然而,目前变压器模型模型模型对MIR重建的贡献是一分钟。为了实现加速磁共振改造,KRI模型模型模型(cSTRA)模型(MRCRA)模型(MRDR)变异性变异性变异性变异性变异性模型(MRISDR) 模型(MRISDR)在快速变异性变异性数据网络中,利用内部变异性变异性变异性模型(MLIFIFDRIS),同时利用内部变异的自我变异数据模型(MDRISDRISDRDMDRDMDMDM) IMFDMDM)

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