DDT-Net: Dose-Agnostic Dual-Task Transfer Network for Simultaneous Low-Dose CT Denoising and Simulation

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作者
Mingqiang Meng,Yongbo Wang,Manman Zhu,Xi Tao,Zerui Mao,Jingyi Liao,Zhaoying Bian,Dong Zeng,Jianhua Ma
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (6): 3613-3625
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3376628
摘要

Deep learning (DL) algorithms have achieved unprecedented success in low-dose CT (LDCT) imaging and are expected to be a new generation of CT reconstruction technology. However, most DL-based denoising models often lack the ability to generalize to unseen dose data. And they only learn the posterior distribution of latent normal-dose CT (NDCT) images conditioned on observed LDCT images in the traditional maximum a posteriori (MAP) framework, while ignoring the noise generation process of LDCT images. Moreover, most simulation tools for LDCT typically operate on proprietary projection data, which is generally not accessible without an established collaboration with CT manufacturers. To alleviate these issues, in this work, we propose a dose-agnostic dual-task transfer network, termed DDT-Net, for simultaneous LDCT denoising and simulation. Concretely, the dual-task learning module is constructed to integrate the LDCT denoising and simulation tasks into a unified optimization framework by learning the joint distribution of LDCT and NDCT data. We approximate the joint distribution of continuous dose level data by training DDT-Net with discrete dose data, which can be generalized to denoising and simulation of unseen dose data. In particular, the mixed-dose training strategy adopted by DDT-Net can promote the denoising performance of lower-dose data. The paired dataset simulated by DDT-Net can be used for data augmentation to further restore the tissue texture of LDCT images. Experimental results on synthetic data and clinical data show that the proposed DDT-Net outperforms competing methods in terms of denoising and generalization performance at unseen dose data, and it also provides a simulation tool that can quickly simulate realistic LDCT images at arbitrary dose levels.
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