GLFA-NET: A Hybrid Network for Mr-To-Ct Synthesis Via Global and Local Feature Aggregation

计算机科学 人工智能 卷积神经网络 模式识别(心理学) 残余物 特征(语言学) 块(置换群论) 鉴别器 小波 算法 数学 探测器 几何学 语言学 电信 哲学
作者
Zeli Chen,Chuanpu Li,Kaiyi Zheng,Yiwen Zhang,Yuankui Wu,Qianjin Feng,Liming Zhong,Wei Yang
标识
DOI:10.1109/isbi53787.2023.10230486
摘要

Synthesis of Computed Tomography (CT) images from Magnetic Resonance (MR) images is clinical significance for MR-only treatment planning to eliminate the co-registration errors between MR and CT images. Existing convolutional neural network-based methods, suffering from the inherent local inductive biases, struggle to distinguish bone and air which show low signals in conventional MR images. ViT-based methods can learn long-range contextual information by a global self-attention mechanism but are limited by the quadratic complexity and generating local detailed structures. Combining the merits of these two architectures, we propose a hybrid network for MR-to-CT synthesis via global and local feature aggregation from Transformer and CNN, named GLFA-NET. Specifically, we add a global patch embedding branch to supplement the patch-based global representative features directly from the image and design a residual dilated swin transformer block aggregating the local detailed features and global features to improve the synthesis performance of bone and air and reduce computational overhead. Furthermore, we adopt a wavelet PatchGAN discriminator to enhance the high-frequency detailed information of the synthetic CT. Our GLFA-NET was implemented on a dataset with 154 pairs of 3D MR-CT head and neck images. Experiments show that our GLFA-NET achieves impressive performance with MAE of 71.12 ± 10.87, SSIM of 0.771 ± 0.028, and PSNR of 28.91 ± 1.33. The visual synthetic CT results also show that the proposed GLFA-NET method achieves better discrimination of bone and air and higher structural similarity than other state-of-the-art methods.

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