List-Mode PET Image Reconstruction Using Deep Image Prior

迭代重建 人工智能 计算机科学 计算机视觉 卷积神经网络 图像质量 深度学习 正电子发射断层摄影术 图像(数学) 模式识别(心理学) 核医学 医学
作者
Kibo Ote,Fumio Hashimoto,Yuya Onishi,Takashi Isobe,Yasuomi Ouchi
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (6): 1822-1834 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tmi.2023.3239596
摘要

List-mode positron emission tomography (PET) image reconstruction is an important tool for PET scanners with many lines-of-response and additional information such as time-of-flight and depth-of-interaction. Deep learning is one possible solution to enhance the quality of PET image reconstruction. However, the application of deep learning techniques to list-mode PET image reconstruction has not been progressed because list data is a sequence of bit codes and unsuitable for processing by convolutional neural networks (CNN). In this study, we propose a novel list-mode PET image reconstruction method using an unsupervised CNN called deep image prior (DIP) which is the first trial to integrate list-mode PET image reconstruction and CNN. The proposed list-mode DIP reconstruction (LM-DIPRecon) method alternatively iterates the regularized list-mode dynamic row action maximum likelihood algorithm (LM-DRAMA) and magnetic resonance imaging conditioned DIP (MR-DIP) using an alternating direction method of multipliers. We evaluated LM-DIPRecon using both simulation and clinical data, and it achieved sharper images and better tradeoff curves between contrast and noise than the LM-DRAMA, MR-DIP and sinogram-based DIPRecon methods. These results indicated that the LM-DIPRecon is useful for quantitative PET imaging with limited events while keeping accurate raw data information. In addition, as list data has finer temporal information than dynamic sinograms, list-mode deep image prior reconstruction is expected to be useful for 4D PET imaging and motion correction.

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