DDMM-Synth: A Denoising Diffusion Model for Cross-modal Medical Image Synthesis with Sparse-view Measurement Embedding

降噪 合成数据 计算机科学 嵌入 人工智能 投影(关系代数) 先验与后验 迭代重建 噪音(视频) 医学影像学 算法 模式识别(心理学) 图像(数学) 认识论 哲学
作者
Xiaoyue Li,Kai Shang,Gaoang Wang,Mark D. Butala
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:5
标识
DOI:10.48550/arxiv.2303.15770
摘要

Reducing the radiation dose in computed tomography (CT) is important to mitigate radiation-induced risks. One option is to employ a well-trained model to compensate for incomplete information and map sparse-view measurements to the CT reconstruction. However, reconstruction from sparsely sampled measurements is insufficient to uniquely characterize an object in CT, and a learned prior model may be inadequate for unencountered cases. Medical modal translation from magnetic resonance imaging (MRI) to CT is an alternative but may introduce incorrect information into the synthesized CT images in addition to the fact that there exists no explicit transformation describing their relationship. To address these issues, we propose a novel framework called the denoising diffusion model for medical image synthesis (DDMM-Synth) to close the performance gaps described above. This framework combines an MRI-guided diffusion model with a new CT measurement embedding reverse sampling scheme. Specifically, the null-space content of the one-step denoising result is refined by the MRI-guided data distribution prior, and its range-space component derived from an explicit operator matrix and the sparse-view CT measurements is directly integrated into the inference stage. DDMM-Synth can adjust the projection number of CT a posteriori for a particular clinical application and its modified version can even improve the results significantly for noisy cases. Our results show that DDMM-Synth outperforms other state-of-the-art supervised-learning-based baselines under fair experimental conditions.
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