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Sparse Bayesian learning for label efficiency in cardiac real-time MRI

Bach, Anja und Basermann, Achim und Gerlach, Darius A. und Knechtges, Philipp und Tank, Jens und Terhag, Felix (2025) Sparse Bayesian learning for label efficiency in cardiac real-time MRI. Statistics and Computing, 36 (1), Seite 21. Springer Nature. doi: 10.1007/s11222-025-10772-x. ISSN 0960-3174.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1007/s11222-025-10772-x

Kurzfassung

Cardiac real-time magnetic resonance imaging (MRI) is an emerging technology that images the heart at up to 50 frames per second, offering insight into the respiratory effects on the heartbeat. However, this method significantly increases the number of images that must be segmented to derive critical health indicators. Although neural networks perform well on inner slices, predictions on outer slices are often unreliable. This work proposes sparse Bayesian learning (SBL) to predict the ventricular volume on outer slices with minimal manual labeling to address this challenge. The ventricular volume over time is assumed to be dominated by sparse frequencies corresponding to the heart and respiratory rates. Moreover, SBL identifies these sparse frequencies on well-segmented inner slices by optimizing hyperparameters via type-II likelihood, automatically pruning irrelevant components. The identified sparse frequencies guide the selection of outer slice images for labeling, minimizing posterior variance. This work provides performance guarantees for the greedy algorithm. Testing on patient data demonstrates that only a few labeled images are necessary for accurate volume prediction. The labeling procedure effectively avoids selecting inefficient images. Furthermore, the Bayesian approach provides uncertainty estimates, highlighting unreliable predictions (e.g., when choosing suboptimal labels).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219349/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Sparse Bayesian learning for label efficiency in cardiac real-time MRI
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bach, AnjaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Basermann, AchimNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-3637-3231197746332
Gerlach, Darius A.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-7044-6065NICHT SPEZIFIZIERT
Knechtges, PhilippNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4849-0593197746334
Tank, JensNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-5672-1187NICHT SPEZIFIZIERT
Terhag, Felixfelix.terhag (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7053-8154197746335
Datum:17 November 2025
Erschienen in:Statistics and Computing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:36
DOI:10.1007/s11222-025-10772-x
Seitenbereich:Seite 21
Verlag:Springer Nature
ISSN:0960-3174
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Sparse Bayesian learning, Label efficiency, Expectation maximization (EM) algorithm, Submodular set functions, Real-time magnetic resonance imaging (MRI)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Scientific Machine Learning for Space and Material Science Applications [SY]
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Kardiovaskuläre Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Terhag, Felix
Hinterlegt am:24 Nov 2025 09:28
Letzte Änderung:25 Nov 2025 13:00

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