Deep Learning Computed Tomography: Learning Projection-Domain Weights From Image Domain in Limited Angle Problems

投影(关系代数) 人工智能 深度学习 迭代重建 断层重建 计算机科学 算法 领域(数学分析) 计算机视觉 氡变换 人工神经网络 数学 数学分析
作者
Tobias Würfl,Mathis Hoffmann,Vincent Christlein,Katharina Breininger,Yixing Huang,Mathias Unberath,Andreas Maier
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:37 (6): 1454-1463 被引量:203
标识
DOI:10.1109/tmi.2018.2833499
摘要

In this paper, we present a new deep learning framework for 3-D tomographic reconstruction. To this end, we map filtered back-projection-type algorithms to neural networks. However, the back-projection cannot be implemented as a fully connected layer due to its memory requirements. To overcome this problem, we propose a new type of cone-beam back-projection layer, efficiently calculating the forward pass. We derive this layer's backward pass as a projection operation. Unlike most deep learning approaches for reconstruction, our new layer permits joint optimization of correction steps in volume and projection domain. Evaluation is performed numerically on a public data set in a limited angle setting showing a consistent improvement over analytical algorithms while keeping the same computational test-time complexity by design. In the region of interest, the peak signal-to-noise ratio has increased by 23%. In addition, we show that the learned algorithm can be interpreted using known concepts from cone beam reconstruction: the network is able to automatically learn strategies such as compensation weights and apodization windows.
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