LpQcM: Adaptable Lesion-Quantification-Consistent Modulation for Deep Learning Low-Count PET Image Denoising

人工智能 Pet成像 图像去噪 模式识别(心理学) 降噪 深度学习 计算机科学 计算机视觉 核医学 医学 正电子发射断层摄影术
作者
Menghua Xia,Huidong Xie,Qiong Liu,Bo Zhou,Hanzhong Wang,Biao Li,Axel Rominger,Kuangyu Shi,Georges El Fakhri,Chi Liu
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2404.17994
摘要

Deep learning-based positron emission tomography (PET) image denoising offers the potential to reduce radiation exposure and scanning time by transforming low-count images into high-count equivalents. However, existing methods typically blur crucial details, leading to inaccurate lesion quantification. This paper proposes a lesion-perceived and quantification-consistent modulation (LpQcM) strategy for enhanced PET image denoising, via employing downstream lesion quantification analysis as auxiliary tools. The LpQcM is a plug-and-play design adaptable to a wide range of model architectures, modulating the sampling and optimization procedures of model training without adding any computational burden to the inference phase. Specifically, the LpQcM consists of two components, the lesion-perceived modulation (LpM) and the multiscale quantification-consistent modulation (QcM). The LpM enhances lesion contrast and visibility by allocating higher sampling weights and stricter loss criteria to lesion-present samples determined by an auxiliary segmentation network than lesion-absent ones. The QcM further emphasizes accuracy of quantification for both the mean and maximum standardized uptake value (SUVmean and SUVmax) across multiscale sub-regions throughout the entire image, thereby enhancing the overall image quality. Experiments conducted on large PET datasets from multiple centers and vendors, and varying noise levels demonstrated the LpQcM efficacy across various denoising frameworks. Compared to frameworks without LpQcM, the integration of LpQcM reduces the lesion SUVmean bias by 2.92% on average and increases the peak signal-to-noise ratio (PSNR) by 0.34 on average, for denoising images of extremely low-count levels below 10%.

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