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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Direct Estimation of Pharmacokinetic Parameters from DCE-MRI Using Deep CNN with Forward Physical Model Loss

verfasst von : Cagdas Ulas, Giles Tetteh, Michael J. Thrippleton, Paul A. Armitage, Stephen D. Makin, Joanna M. Wardlaw, Mike E. Davies, Bjoern H. Menze

Erschienen in: Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention – MICCAI 2018

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Dynamic contrast-enhanced (DCE) MRI is an evolving imaging technique that provides a quantitative measure of pharmacokinetic (PK) parameters in body tissues, in which series of \(T_1\)-weighted images are collected following the administration of a paramagnetic contrast agent. Unfortunately, in many applications, conventional clinical DCE-MRI suffers from low spatiotemporal resolution and insufficient volume coverage. In this paper, we propose a novel deep learning based approach to directly estimate the PK parameters from undersampled DCE-MRI data. Specifically, we design a custom loss function where we incorporate a forward physical model that relates the PK parameters to corrupted image-time series obtained due to subsampling in k-space. This allows the network to directly exploit the knowledge of true contrast agent kinetics in the training phase, and hence provide more accurate restoration of PK parameters. Experiments on clinical brain DCE datasets demonstrate the efficacy of our approach in terms of fidelity of PK parameter reconstruction and significantly faster parameter inference compared to a model-based iterative reconstruction method.

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Literatur
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Metadaten
Titel
Direct Estimation of Pharmacokinetic Parameters from DCE-MRI Using Deep CNN with Forward Physical Model Loss
verfasst von
Cagdas Ulas
Giles Tetteh
Michael J. Thrippleton
Paul A. Armitage
Stephen D. Makin
Joanna M. Wardlaw
Mike E. Davies
Bjoern H. Menze
Copyright-Jahr
2018
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-00928-1_5