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Deep learning in der MR Spektroskopiebildgebung

Deep learning in MR Spectroscopic Imaging

Wolfgang Bogner (ORCID: 0000-0002-0130-3463)
  • Grant-DOI 10.55776/P34198
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status laufend
  • Projektbeginn 01.02.2021
  • Projektende 31.01.2026
  • Bewilligungssumme 599.912 €

Wissenschaftsdisziplinen

Informatik (30%); Klinische Medizin (20%); Medizintechnik (50%)

Keywords

    Ultra-High Magnetic Field, Magnetic Resonance Spectroscopy, Brain, Deep Learning

Abstract

Die Magnetresonanzspektroskopische Bildgebung (MRSI) ist eine leistungsstarke Technik mit der die räumliche Verteilung biochemischer Verbindungen im menschlichen Gehirn sichtbar gemacht werden kann. Mit einer einzigen MRSI-Untersuchung können die Konzentrationen mehrere solcher biochemischen Verbindungen bildhaft dargestellt werden. Diese biochemischen Verbindungen spielen eine grundlegende Rolle für die Funktion des gesunden Gehirns sowie bei Hirnstörungen und sind mit herkömmlichen Magnetresonanztomographiemethoden nicht zugänglich. Während es viele Forschungsanwendungen für MRSI gibt, bleibt die klinische Anwendung von MRSI erheblich zurück. Der Hauptgrund ist das Fehlen eines einfachen und robusten MRSI-Tools, das vollständig in MR-Scannern integriert ist. Die Haupthindernisse sind der zeitaufwändige Rekonstruktionsprozess und die derzeit notwendige manuelle Qualitätssicherung. Die jüngsten Fortschritte in der künstlichen Intelligenz, insbesondere im Zusammenhang mit sogenannten tiefen neuronalen Netzwerken, lassen hoffen, dass diese Barriere bald überwunden werden kann. In diesem Projekt wollen wir ein solches diagnostisches Werkzeug für die nicht-invasive Kartierung der Biochemie des Gehirns mithilfe von Deep- Learning-basierten MRSI-Techniken entwickeln. Dies sollte MRSI für die Neurowissenschaften und den klinischen Einsatz zugänglicher machen.

Forschungsstätte(n)
  • Medizinische Universität Wien - 100%
Internationale Projektbeteiligte
  • Maxim Zaitsev, Universität Freiburg - Deutschland
  • Armin Nagel, Universitätsklinikum Erlangen - Deutschland
  • Benedikt Poser, Universiteit Maastricht - Niederlande
  • Ovidiu Cristian Andronesi, Harvard Medical School - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 222 Zitationen
  • 28 Publikationen
  • 1 Weitere Förderungen
Publikationen
  • 2025
    Titel MRS-BIDS, an extension to the Brain Imaging Data Structure for magnetic resonance spectroscopy
    DOI 10.1038/s41597-025-05543-2
    Typ Journal Article
    Autor Bouchard A
    Journal Scientific Data
    Seiten 1384
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Deep-ER: Deep Learning ECCENTRIC Reconstruction for fast high-resolution neurometabolic imaging
    DOI 10.1016/j.neuroimage.2025.121045
    Typ Journal Article
    Autor Weiser P
    Journal NeuroImage
    Seiten 121045
    Link Publikation
  • 2025
    Titel PHIVE: A Physics-Informed Variational Encoder Enables Rapid Spectral Fitting of Brain Metabolite Mapping at 7T
    DOI 10.1101/2025.01.02.25319930
    Typ Preprint
    Autor Shamaei A
    Seiten 2025.01.02.25319930
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Exploring in vivo human brain metabolism at 10.5 T: Initial insights from MR spectroscopic imaging
    DOI 10.1016/j.neuroimage.2025.121015
    Typ Journal Article
    Autor Hingerl L
    Journal NeuroImage
    Seiten 121015
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Flow-based Visual Quality Enhancer for Super-resolution Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.48550/arxiv.2207.10181
    Typ Preprint
    Autor Dong S
  • 2024
    Titel Proton-free induction decay MRSI at 7 T in the human brain using an egg-shaped modified rosette K-space trajectory
    DOI 10.1002/mrm.30368
    Typ Journal Article
    Autor Blömer S
    Journal Magnetic Resonance in Medicine
    Seiten 1443-1457
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Extensive Brain Pathologic Alterations Detected with 7.0-T MR Spectroscopic Imaging Associated with Disability in Multiple Sclerosis
    DOI 10.1148/radiol.210614
    Typ Journal Article
    Autor Heckova E
    Journal Radiology
    Seiten 141-150
  • 2022
    Titel P15.03.A The value of 7 Tesla MR spectroscopic imaging for improved preoperative determination of the tumor grade and IDH status in gliomas: preliminary data
    DOI 10.1093/neuonc/noac174.293
    Typ Journal Article
    Autor Hangel G
    Journal Neuro-Oncology
  • 2024
    Titel A Flow-based Truncated Denoising Diffusion Model for super-resolution Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.1016/j.media.2024.103358
    Typ Journal Article
    Autor Dong S
    Journal Medical Image Analysis
    Seiten 103358
    Link Publikation
  • 2024
    Titel WALINET: A water and lipid identification convolutional neural network for nuisance signal removal in 1H$$ {}^1\mathrm{H} $$ MR spectroscopic imaging
    DOI 10.1002/mrm.30402
    Typ Journal Article
    Autor Weiser P
    Journal Magnetic Resonance in Medicine
    Seiten 1430-1442
    Link Publikation
  • 2024
    Titel ECCENTRIC: A fast and unrestrained approach for high-resolution in vivo metabolic imaging at ultra-high field MR
    DOI 10.1162/imag_a_00313
    Typ Journal Article
    Autor Klauser A
    Journal Imaging Neuroscience
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Emerging methods and applications of ultra-high field MR spectroscopic imaging in the human brain
    DOI 10.1016/j.ab.2021.114479
    Typ Journal Article
    Autor Hangel G
    Journal Analytical Biochemistry
    Seiten 114479
    Link Publikation
  • 2021
    Titel 2½-minute 3D 7T 31P-MRSI of the human heart using concentric rings (CRT)
    DOI 10.1101/2021.12.10.472120
    Typ Preprint
    Autor Clarke W
    Seiten 2021.12.10.472120
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Pseudo-domains in imaging data improve prediction of future disease status in multi-center studies
    DOI 10.48550/arxiv.2111.07634
    Typ Preprint
    Autor Perkonigg M
  • 2022
    Titel Unsupervised machine learning identifies predictive progression markers of IPF
    DOI 10.1007/s00330-022-09101-x
    Typ Journal Article
    Autor Pan J
    Journal European Radiology
    Seiten 925-935
    Link Publikation
  • 2022
    Titel 7T HR FID-MRSI Compared to Amino Acid PET: Glutamine and Glycine as Promising Biomarkers in Brain Tumors
    DOI 10.3390/cancers14092163
    Typ Journal Article
    Autor Hangel G
    Journal Cancers
    Seiten 2163
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Flow-Based Visual Quality Enhancer for Super-Resolution Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.1007/978-3-031-18576-2_1
    Typ Book Chapter
    Autor Dong S
    Verlag Springer Nature
    Seiten 3-13
  • 2022
    Titel Three-dimensional, 2.5-minute, 7T phosphorus magnetic resonance spectroscopic imaging of the human heart using concentric rings
    DOI 10.1002/nbm.4813
    Typ Journal Article
    Autor Clarke W
    Journal NMR in Biomedicine
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Lesion-Specific Metabolic Alterations in Relapsing-Remitting Multiple Sclerosis Via 7 T Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.1097/rli.0000000000000913
    Typ Journal Article
    Autor Lipka A
    Journal Investigative Radiology
    Seiten 156-165
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Dynamic memory to alleviate catastrophic forgetting in continual learning with medical imaging
    DOI 10.1038/s41467-021-25858-z
    Typ Journal Article
    Autor Perkonigg M
    Journal Nature Communications
    Seiten 5678
    Link Publikation
  • 2021
    Titel k-Space-based coil combination via geometric deep learning for reconstruction of non-Cartesian MRSI data
    DOI 10.1002/mrm.28876
    Typ Journal Article
    Autor Motyka S
    Journal Magnetic Resonance in Medicine
    Seiten 2353-2367
  • 2021
    Titel Inter-subject stability and regional concentration estimates of 3D-FID-MRSI in the human brain at 7 T
    DOI 10.1002/nbm.4596
    Typ Journal Article
    Autor Hangel G
    Journal NMR in Biomedicine
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Proton Free Induction Decay MRSI at 7T in the Human Brain Using an Egg-Shaped Modified Rosette K-Space Trajectory
    DOI 10.1101/2024.03.26.24304840
    Typ Preprint
    Autor Blömer S
    Seiten 2024.03.26.24304840
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Predicting dynamic, motion-related changes in B0 field in the brain at a 7T MRI using a subject-specific fine-trained U-net
    DOI 10.1002/mrm.29980
    Typ Journal Article
    Autor Motyka S
    Journal Magnetic Resonance in Medicine
    Seiten 2044-2056
    Link Publikation
  • 2023
    Titel ECCENTRIC: a fast and unrestrained approach for high-resolution in vivo metabolic imaging at ultra-high field MR
    DOI 10.48550/arxiv.2305.13822
    Typ Preprint
    Autor Klauser A
  • 2023
    Titel Predicting dynamic, motion-related changes in B0 field in the brain at a 7 T MRI using a subject-specific fine-tuned U-net
    DOI 10.48550/arxiv.2304.08307
    Typ Preprint
    Autor Motyka S
  • 2023
    Titel Metabolic Insights into Iron Deposition in Relapsing-Remitting Multiple Sclerosis via 7T Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.1101/2023.03.28.23287856
    Typ Preprint
    Autor Lipka A
    Seiten 2023.03.28.23287856
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Metabolic Insights into Iron Deposition in Relapsing-Remitting Multiple Sclerosis via 7 T Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
    DOI 10.1016/j.nicl.2023.103524
    Typ Journal Article
    Autor Lipka A
    Journal NeuroImage: Clinical
    Seiten 103524
    Link Publikation
Weitere Förderungen
  • 2023
    Titel Platform for brain research using UHF MRI, histology, and AI
    Typ Research grant (including intramural programme)
    Förderbeginn 2023
    Geldgeber Austrian Science Fund (FWF)

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