Convolutional Neural Network Based Metal Artifact Reduction in X-Ray Computed Tomography

卷积神经网络 人工智能 计算机科学 还原(数学) 计算机视觉 图像(数学) 工件(错误) 模式识别(心理学) 迭代重建 断层摄影术 数学 光学 物理 几何学
作者
Yanbo Zhang,Hengyong Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:37 (6): 1370-1381 被引量:150
标识
DOI:10.1109/tmi.2018.2823083
摘要

In the presence of metal implants, metal artifacts are introduced to x-ray computed tomography CT images. Although a large number of metal artifact reduction (MAR) methods have been proposed in the past decades, MAR is still one of the major problems in clinical x-ray CT. In this paper, we develop a convolutional neural network (CNN)-based open MAR framework, which fuses the information from the original and corrected images to suppress artifacts. The proposed approach consists of two phases. In the CNN training phase, we build a database consisting of metal-free, metal-inserted and pre-corrected CT images, and image patches are extracted and used for CNN training. In the MAR phase, the uncorrected and pre-corrected images are used as the input of the trained CNN to generate a CNN image with reduced artifacts. To further reduce the remaining artifacts, water equivalent tissues in a CNN image are set to a uniform value to yield a CNN prior, whose forward projections are used to replace the metal-affected projections, followed by the FBP reconstruction. The effectiveness of the proposed method is validated on both simulated and real data. Experimental results demonstrate the superior MAR capability of the proposed method to its competitors in terms of artifact suppression and preservation of anatomical structures in the vicinity of metal implants.
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