Supervised Deep Learning for Head Motion Correction in PET

人工智能 计算机科学 计算机视觉 跟踪(教育) 转化(遗传学) 运动(物理) 匹配移动 特征(语言学) 主管(地质) 旋转(数学) 心理学 教育学 生物化学 化学 语言学 哲学 地貌学 基因 地质学
作者
Tianyi Zeng,Jiazhen Zhang,Enette Mae Revilla,Eléonore V. Lieffrig,Xi Fang,Yihuan Lu,John A. Onofrey
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 194-203 被引量:14
标识
DOI:10.1007/978-3-031-16440-8_19
摘要

Head movement is a major limitation in brain positron emission tomography (PET) imaging, which results in image artifacts and quantification errors. Head motion correction plays a critical role in quantitative image analysis and diagnosis of nervous system diseases. However, to date, there is no approach that can track head motion continuously without using an external device. Here, we develop a deep learning-based algorithm to predict rigid motion for brain PET by lever-aging existing dynamic PET scans with gold-standard motion measurements from external Polaris Vicra tracking. We propose a novel Deep Learning for Head Motion Correction (DL-HMC) methodology that consists of three components: (i) PET input data encoder layers; (ii) regression layers to estimate the six rigid motion transformation parameters; and (iii) feature-wise transformation (FWT) layers to condition the network to tracer time-activity. The input of DL-HMC is sampled pairs of one-second 3D cloud representations of the PET data and the output is the prediction of six rigid transformation motion parameters. We trained this network in a supervised manner using the Vicra motion tracking information as gold-standard. We quantitatively evaluate DL-HMC by comparing to gold-standard Vicra measurements and qualitatively evaluate the reconstructed images as well as perform region of interest standard uptake value (SUV) measurements. An algorithm ablation study was performed to determine the contributions of each of our DL-HMC design choices to network performance. Our results demonstrate accurate motion prediction performance for brain PET using a data-driven registration approach without external motion tracking hardware. All code is publicly available on GitHub: https://github.com/OnofreyLab/dl-hmc_miccai2022.
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