TT U-Net: Temporal Transformer U-Net for Motion Artifact Reduction Using PAD (Pseudo All-Phase Clinical-Dataset) in Cardiac CT

人工智能 计算机科学 工件(错误) 计算机视觉 竖琴 还原(数学) 模式识别(心理学) 数学 物理 几何学 量子力学
作者
Z. Deng,W. Zhang,Kaile Chen,Yufu Zhou,Jiao Tian,Guotao Quan,Jun Zhao
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (12): 3805-3816 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tmi.2023.3310933
摘要

Involuntary motion of the heart remains a challenge for cardiac computed tomography (CT) imaging. Although the electrocardiogram (ECG) gating strategy is widely adopted to perform CT scans at the quasi-quiescent cardiac phase, motion-induced artifacts are still unavoidable for patients with high heart rates or irregular rhythms. Dynamic cardiac CT, which provides functional information of the heart, suffers even more severe motion artifacts. In this paper, we develop a deep learning based framework for motion artifact reduction in dynamic cardiac CT. First, we build a PAD (Pseudo All-phase clinical-Dataset) based on a whole-heart motion model and single-phase cardiac CT images. This dataset provides dynamic CT images with realistic-looking motion artifacts that help to develop data-driven approaches. Second, we formulate the problem of motion artifact reduction as a video deblurring task according to its dynamic nature. A novel TT U-Net (Temporal Transformer U-Net) is proposed to excavate the spatiotemporal features for better motion artifact reduction. The self-attention mechanism along the temporal dimension effectively encodes motion information and thus aids image recovery. Experiments show that the TT U-Net trained on the proposed PAD performs well on clinical CT scans, which substantiates the effectiveness and fine generalization ability of our method. The source code, trained models, and dynamic demo will be available at https://github.com/ivy9092111111/TT-U-Net.
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