Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Yzdian,Mohammad Reza Ahmadzadeh
احسان یزدیان (استاد مشاور) محمدرضا احمدزاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyed amir Mousavi
سیدامیر موسوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Compressive Sensing MRI Reconstruction Using improved U-net based on Deep Generative Adversarial Networks (GANs)
Magnetic resonance imaging (MRI) as a non-invasive imaging is able to produce three-dimensional detailed anatomical images without the use of damaging radiation and with excellent visualization of the anatomical structure. MRI is a time-consuming imaging technique. Image quality may be reduced due to spontaneous or non-spontaneous movements of the patient. Several imaging techniques like parallel imaging have been suggested to enhance imaging speed. Compressive Sensing MRI (CS-MRI) violates the Nyquist-Shannon sampling rate and utilizes the sparsity of MR images to reconstruct MR images with under-sampled k-space data. Prior studies in CS-MRI have employed orthogonal transforms such as wavelets and recent methods have employed dictionary learning for adaptive transforms. CS-MRI is an efficient way to decrease the scan time of MR imaging. However, the computational costs are usually expensive and the CS reconstruction process is time-consuming. In addition, CS-MRI methods are based on constant transform bases or shallow dictionaries, which limits modeling capacity. Deep Learning is a novel orientation in Machine Learning and Artificial Intelligence investigation. It has already been shown that C work better than sparsity-based approaches in terms of both image quality and reconstruction speed. In this thesis, a novel method based on very deep convolutional neural networks (C) for reconstruction of MR images is proposed using Generative Adversarial Networks (GANs). In this model, a Generative and Discriminator networks designed with improved ResNet architecture. The Generative network is based on U-net and Discriminator is a classifier network, which improved blocks is used in both of them. Using improved architecture has led to deepening of Generative and discriminator networks, reduction in aliasing artifacts, more accurate reconstruction of edges and better reconstruction of tissues. To achieve better reconstruction adversarial loss, pixel-wise cost and perceptual loss (pre-trained deep VGG network) are combined. Two comparisons have been made with the latest studies in this field. The first comparison has been made with DLMRI which is a well-known conventional method of CS-MRI to reconstruct magnetic resonance images. The second comparison has been made with deep learning method named DAGAN. Compared to DLMRI and DAGAN methods, it has been demonstrated that the proposed method outperforms the conventional methods and deep learning based approaches. Assessment is made on several datasets such as the brain, heart, and prostate and the proposed method leads to a better reconstruction in details of the images. Reconstruction of brain data with a radial mask of %30 in the proposed method has been improved on basis of the SSIM criteria up to 0.98. Also, image reconstruction time is about 20 ms on GPU that is much smaller than the state-of-the-art CS-MRI methods. Keywords Deep Learning, Generative Adversarial Networks (GANs), MRI, Compressive Sensing
تصویر برداری تشدید مغناطیسی به عنوان روشی غیر تهاجمی قادر است تصاویر آناتومی سه بعدی را بدون تشعشعات مضر و با تجسم عالی از ساختار آناتومی و عملکرد فیزیولوژی تولید کند. MRI تکنیک تصویر برداری زمان بری است و کیفیت تصویر ممکن است، به دلیل حرکت های اختیاری یا غیر اختیاری بیمار کاهش یابد. تکنیک های تصویر برداری زیادی مثل تصویر برداری موازی، برای بهبود سرعت تصویر برداری پیشنهاد شده است. حسگری فشرده MRI (CS-MRI) با نقض نرخ نمونه برداری نایکوییست-شنون و با استفاده از تنکی تصاویر MR می کوشد تصاویر MR را با کاهش نمونه برداری از k-space بازسازی کند. در کارهای قبلی CS-MRI، تبدیل های متعامد مثل تبدیل موجک استفاده شده است و در روش های اخیر، یادگیری دیکشنری برای تبدیلات وفقی مورد استفاده قرار گرفته است. CS-MRI روشی کارامد برای کاهش زمان اسکن تصویر برداری تشدید مغناطیسی است. با این حال، بار محاسباتی بازسازی با حسگری فشرده سنگین است و در نتیجه فرایند بازسازی زمان بر می شود. علاوه بر این، روش های حسگری فشرده بر پایه تبدیلاتی با پایه های ثابت یا دیکشنری های کم عمق هستند که ظرفیت مدل سازی را محدود می کند. یادگیری عمیق، جهت گیری جدیدی در تحقیقات یادگیری ماشین و هوش مصنوعی است. در طول سال های گذشته پیشرفت های زیادی در این زمینه اتفاق افتاده است. در مباحث بازسازی و ابَر تفکیک پذیری تصاویر نشان داده شده است که شبکه های عصبی پیچشی در هر دو مورد کیفیت تصویر و سرعت بازسازی، بهتر از روش های مبتنی بر تنکی کار می کند. در این پایان نامه، شبکه های عصبی پیچشی بسیار عمیقی با استفاده از الگوریتم یادگیری شبکه های متخاصم مولد برای بازسازی تصاویر تشدید مغناطیسی پیشنهاد می شود. در این مدل، شبکه های مولد و تفکیک کننده با معماری بهبود یافته ResNet طراحی شده است. شبکه مولد بر پایه U-net و تفکیک کننده یک شبکه طبقه بند است که در هر دوی آن ها از بلوک های بهبود یافته ResNet استفاده شده است. استفاده از این معماری بهبود یافته منجر به عمیق تر شدن شبکه های مولد و تفکیک کننده، کاهش اعوجاج های برساخته، و بازسازی بهتر لبه ها و بافت ها می شود. برای بدست آوردن بازسازی بهتر، اتلاف متخاصم با اتلاف بصری (اتلاف ناشی از شبکه از پیش آموزش دیده VGG) ترکیب شده است. دو مقایسه با آخرین کارهای انجام شده در این زمینه صورت گرفته است. اولین مقایسه با روش DLMRI صورت گرفته است که یکی از روش های شناخته شده مرسوم حسگری فشرده برای بازسازی تصاویر تشدید مغناطیسی است. مقایسه دوم با DAGAN صورت گرفته است که یکی از روش های بازسازی مبتنی بر یادگیری عمیق است. مقایسه با این دو روش نشان داده است که روش پیشنهادی از روش های مرسوم حسگری فشرده و روش های مبتنی بر یادگیری عمیق بهتر عمل می کند. ارزیابی روی چندین مجموعه داده از قبیل مغز، قلب، و پروستات صورت گرفته است و روش پیشنهادی منجر به بازسازی بهتر در جزئیات تصویر می شود. همچنین، زمان بازسازی تصویر در حدود 20میلی ثانیه روی GPUاست که بسیار کوچکتر از روش های مرسوم حسگری فشرده می باشد و برای کاربردهای برخط مناسب است. کلمات کلیدی یادگیری عمیق، شبکه های متخاصم مولد، تصویر برداری تشدید مغناطیسی، حسگری فشرده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی