IEEE TMI | CT金屬偽影矯正【代碼開源】
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所微創(chuàng)中心梁曉坤副研究員、謝耀欽研究員團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)合作的CT金屬偽影矯正研究成果,發(fā)表在國際醫(yī)學(xué)成像頂刊IEEE Transactions on Medical Imaging (IEEE TMI, IF=10.6)上。
在CT掃描中,金屬植入物(如牙科填充物、關(guān)節(jié)置換和外科固定器械)會(huì)在成像過程中產(chǎn)生顯著的金屬偽影(如圖1)。這些偽影是由于金屬物體對(duì)X射線的高度吸收而造成的,導(dǎo)致圖像重建時(shí)出現(xiàn)失真和條紋。在放射治療中,這些偽影會(huì)對(duì)劑量計(jì)算造成嚴(yán)重影響,因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)導(dǎo)致治療區(qū)域內(nèi)劑量分布的錯(cuò)誤估計(jì),從而影響治療的精度和安全性。例如,在頭頸部腫瘤的放射治療中,金屬牙科填充物可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵組織(如唾液腺和食道)周圍的劑量分布被錯(cuò)誤估計(jì)。
在CT診斷領(lǐng)域,金屬偽影同樣造成了重大挑戰(zhàn)。它們可以掩蓋或模糊關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu),從而降低了對(duì)疾病的診斷準(zhǔn)確性和及時(shí)性。在神經(jīng)外科手術(shù)中,例如,金屬固定器可能會(huì)干擾對(duì)周圍腦組織的準(zhǔn)確評(píng)估。在心臟和血管成像中,金屬支架或人工瓣膜可能會(huì)導(dǎo)致診斷性圖像嚴(yán)重退化,影響病變的評(píng)估和隨后的治療決策。
近年來,許多基于監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的方法已經(jīng)被提出用于金屬偽影去除。然而,這些方法在很大程度上依賴于使用成對(duì)的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,而這種數(shù)據(jù)往往難以獲取。在本文中,研究者提出了一種基于擴(kuò)散模型先驗(yàn)的無監(jiān)督金屬偽影去除方法,擴(kuò)散模型是一種具有數(shù)據(jù)分布表示能力的生成模型。具體地,先使用不含金屬偽影的CT圖像訓(xùn)練擴(kuò)散模型;隨后,在投影域和圖像領(lǐng)域中迭代地引入擴(kuò)散模型先驗(yàn),以恢復(fù)由金屬偽影引起的退化部分。方法流程圖如圖2所示。本文的方法在性能上勝過現(xiàn)有的無監(jiān)督金屬偽影去除方法(圖3-圖4)。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院客座博士生劉旋為論文第一作者,梁曉坤副研究員為主要通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

圖1. (a)表示病人體內(nèi)的金屬植入物;(b)表示被金屬影響的CT正弦圖;(c)表示有著嚴(yán)重金屬偽影的重建圖像。

圖2. 方法流程圖。

圖3. 不同金屬偽影去除方法的PSNR/SSIM比較,其中粗體表示在無監(jiān)督方法中的最佳結(jié)果,星號(hào)(*)表示包括監(jiān)督方法在內(nèi)的最佳結(jié)果。

圖4. 不同金屬偽影去除方法的視覺效果。紅色部分表示金屬植入物。顯示窗為[-175, 275] HU。
代碼已開源,詳見www.github.com/DeepXuan/DuDoDp-MAR
全文講解鏈接:https://blog.csdn.net/weixin_43790925/article/details/133314155
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