Purpose: Acquiring fully-sampled MRI $k$-space data is time-consuming, and collecting accelerated data can reduce the acquisition time. Employing 2D Cartesian-rectilinear subsampling schemes is a conventional approach for accelerated acquisitions; however, this often results in imprecise reconstructions, even with the use of Deep Learning (DL), especially at high acceleration factors. Non-rectilinear or non-Cartesian trajectories can be implemented in MRI scanners as alternative subsampling options. This work investigates the impact of the $k$-space subsampling scheme on the quality of reconstructed accelerated MRI measurements produced by trained DL models. Methods: The Recurrent Variational Network (RecurrentVarNet) was used as the DL-based MRI-reconstruction architecture. Cartesian, fully-sampled multi-coil $k$-space measurements from three datasets were retrospectively subsampled with different accelerations using eight distinct subsampling schemes: four Cartesian-rectilinear, two Cartesian non-rectilinear, and two non-Cartesian. Experiments were conducted in two frameworks: scheme-specific, where a distinct model was trained and evaluated for each dataset-subsampling scheme pair, and multi-scheme, where for each dataset a single model was trained on data randomly subsampled by any of the eight schemes and evaluated on data subsampled by all schemes. Results: In both frameworks, RecurrentVarNets trained and evaluated on non-rectilinearly subsampled data demonstrated superior performance, particularly for high accelerations. In the multi-scheme setting, reconstruction performance on rectilinearly subsampled data improved when compared to the scheme-specific experiments. Conclusion: Our findings demonstrate the potential for using DL-based methods, trained on non-rectilinearly subsampled measurements, to optimize scan time and image quality.


翻译:目的:完全采样MRI $k$-空间数据的时间成本较高,通过采用加速数据可以降低采集时间。使用二维笛卡尔直角子采样方案是一种传统加速采集方法;然而,即使使用深度学习(DL),这通常导致不精确的重建结果,特别是在高加速因子下。非直线或非笛卡尔轨迹可以作为MRI扫描仪中的替代子采样选择。本文研究了 $k$-空间子采样方案对通过训练的DL模型产生的重建加速MRI测量质量的影响。 方法:使用循环变分网络(RecurrentVarNet)作为基于DL的MRI重建体系结构。来自三个数据集的笛卡尔完全采样的多线圈$k$-空间测量被回顾性地使用八种不同的子采样方案进行子采样,其中包括四种笛卡尔直角、两种笛卡尔非直角和两种非笛卡尔方案。在两个框架中进行实验:方案特定,其中为每个数据集-子采样方案对训练和评估一个独立的模型;多方案,对于每个数据集,使用任意一种八种方案之一随机子采样的数据训练一个单一模型,并在由所有方案进行的子采样数据上进行评估。 结果:在两个框架中,训练和评估非直线子采样数据的RecurrentVarNets表现出卓越的性能,特别是在高加速因子下。在多方案设置中,相对于方案特定实验,对笛卡尔直角子采样数据的重建性能得到了提高。 结论:我们的研究结果表明,使用在非直线子采样测量上训练的DL方法,可以优化扫描时间和图像质量。

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