Four-Dimensional Cone Beam CT Imaging Using a Single Routine Scan via Deep Learning

人工智能 计算机科学 计算机视觉 迭代重建 鉴别器 正规化(语言学) 锥束ct 图像质量 计算机断层摄影术 图像(数学) 放射科 医学 电信 探测器
作者
Pengfei Yang,Ge Xia,Tiffany Tsui,Xiaokun Liang,Yaoqin Xie,Zhanli Hu,Tianye Niu
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (5): 1495-1508 被引量:6
标识
DOI:10.1109/tmi.2022.3231461
摘要

A novel method is proposed to obtain four-dimensional (4D) cone-beam computed tomography (CBCT) images from a routine scan in patients with upper abdominal cancer. The projections are sorted according to the location of the lung diaphragm before being reconstructed to phase-sorted data. A multiscale-discriminator generative adversarial network (MSD-GAN) is proposed to alleviate the severe streaking artifacts in the original images. The MSD-GAN is trained using simulated CBCT datasets from patient planning CT images. The enhanced images are further used to estimate the deformable vector field (DVF) among breathing phases using a deformable image registration method. The estimated DVF is then applied in the motion-compensated ordered-subset simultaneous algebraic reconstruction approach to generate 4D CBCT images. The proposed MSD-GAN is compared with U-Net on the performance of image enhancement. Results show that the proposed method significantly outperforms the total variation regularization-based iterative reconstruction approach and the method using only MSD-GAN to enhance original phase-sorted images in simulation and patient studies on 4D reconstruction quality. The MSD-GAN also shows higher accuracy than the U-Net. The proposed method enables a practical way for 4D-CBCT imaging from a single routine scan in upper abdominal cancer treatment including liver and pancreatic tumors.
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