Mutually Orthogonal Plane-Based Optical-Flow-Regulated Diffusion Model for Stationary Head CT Reconstruction

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作者
Qi Wang,Weiwen Wu,Fenglin Liu,Yufang Cai,Yueh Z. Lee,Youzuo Lin,Zirong Li,Yinan Feng,Jianping Lu,Christina R. Inscoe,Ge Wang
出处
期刊:IEEE transactions on radiation and plasma medical sciences [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (7): 1024-1036
标识
DOI:10.1109/trpms.2026.3658816
摘要

Stationary head CT (sHCT) plays a critical role in detecting intracranial lesions. However, its fixed gantry restricts projection angles and undermines reconstruction accuracy. Recent studies have shown that score-based generative models (SGMs) can restore high-quality images from limited projections in two-dimensional (2D) limited-angle CT. Extending SGMs to three-dimensional (3D) sHCT is still challenging, as achieving high-resolution images without incurring excessive computational cost remains an open problem. To address this challenge, this study proposes a mutually orthogonal plane-based optical-flow-regulated (MOPO) diffusion model that effectively balances sampling efficiency and reconstruction accuracy. Specifically, we establish a 3D artifact-aware framework that incorporates a cross-plane attention mechanism to explicitly model and mitigate inter-slice artifact propagation. Furthermore, we design a mutually orthogonal plane-based (MOP) accelerated sampler capable of reducing the sampling process to as few as 10–20 steps. This approach achieves up to a 160× speedup while maintaining high reconstruction accuracy. To ensure global consistency, an anisotropic optical flow regularization is introduced, constructing non-rigid displacement fields between adjacent slices for structural coherence. Experimental results demonstrate that the MOPO-based framework outperforms existing methods in artifact suppression, detail preservation, and computational efficiency, providing a novel solution for high-fidelity and accelerated sHCT reconstruction.
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