DiffMAR: A Generalized Diffusion Model for Metal Artifact Reduction in CT images

工件(错误) 还原(数学) 人工智能 扩散 计算机科学 计算机视觉 数学 物理 几何学 热力学
作者
Tianxiao Cai,Xiang Li,Chenglan Zhong,Wei Tang,Jixiang Guo
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (11): 6712-6724 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3439729
摘要

X-ray imaging frequently introduces varying degrees of metal artifacts to computed tomography (CT) images when metal implants are present. For the metal artifact reduction (MAR) task, existing end-to-end methods often exhibit limited generalization capabilities. While methods based on multiple iterations often suffer from accumulative error, resulting in lower-quality restoration outcomes. In this work, we innovatively present a generalized diffusion model for Metal Artifact Reduction (DiffMAR). The proposed method utilizes a linear degradation process to simulate the physical phenomenon of metal artifact formation in CT images and directly learn an iterative restoration process from paired CT images in the reverse process. During the reverse process of DiffMAR, a Time-Latent Adjustment (TLA) module is designed to adjust time embedding at the latent level, thereby minimizing the accumulative error during iterative restoration. We also designed a structure information extraction (SIE) module to utilize linear interpolation data in the image domain, guiding the generation of anatomical structures during the iterative restoring. This leads to more accurate and robust shadow-free image generation. Comprehensive analysis, including both synthesized data and clinical evidence, confirms that our proposed method surpasses the current state-of-the-art (SOTA) MAR methods in terms of both image generation quality and generalization.

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