Edição de características latentes Plug-and-Play para mapeamento de susceptibilidade quantitativa adaptativo à orientação em redes neurais

O mapeamento de susceptibilidade quantitativa (QSM) é uma técnica de pós-processamento para derivar a distribuição de susceptibilidade magnética do tecido a partir de medições de fase de RM. Algoritmos de aprendizado profundo (DL) têm grande potencial para resolver o problema mal colocado da reconstrução do QSM. No entanto, um desafio significativo enfrentado pelas abordagens atuais de DL-QSM é sua adaptabilidade limitada às variações de orientação do campo dipolar magnético durante o treinamento e teste. Neste trabalho, propomos um novo módulo de Edição de Características Latentes Adaptativas à Orientação (OA-LFE) para aprender a codificação de vetores de orientação de aquisição e integrá-los perfeitamente às características latentes de redes profundas. Importante, pode ser diretamente Plug-and-Play (PnP) em várias arquiteturas existentes de DL-QSM, permitindo reconstruções de QSM a partir de orientações de dipolos magnéticos arbitrárias. Sua eficácia é demonstrada pela combinação do módulo OA-LFE em nossa rede de QSM instantânea de etapa única fase-para-susceptibilidade (iQSM) proposta anteriormente, que foi inicialmente adaptada para aquisições puramente axiais. O iQSM capacitado pelo OA-LFE, que chamamos de iQSM+, é treinado de maneira simulada-supervisionada em um conjunto de dados de cérebro simulado especialmente projetado. Experimentos abrangentes são realizados em conjuntos de dados de cérebro humano simulados e in vivo, abrangendo sujeitos que variam de indivíduos saudáveis a aqueles com condições patológicas. Esses experimentos envolvem várias plataformas de RM (3T e 7T) e visam comparar nosso iQSM+ proposto com várias estruturas estabelecidas de reconstrução de QSM, incluindo o iQSM original. O iQSM+ produz imagens de QSM com precisões significativamente aprimoradas e mitiga artefatos, superando outros algoritmos de DL-QSM de última geração. A versatilidade do módulo OA-LFE PnP foi ainda mais demonstrada por sua aplicação bem-sucedida ao xQSM, uma rede DL-QSM distinta para inversão de dipolo. Em conclusão, este trabalho introduz um novo paradigma de DL, permitindo que pesquisadores desenvolvam métodos inovadores de QSM sem exigir uma reestruturação completa de suas arquiteturas existentes.