Bi-Constraints Diffusion: A Conditional Diffusion Model With Degradation Guidance for Metal Artifact Reduction

工件(错误) 扩散 还原(数学) 降级(电信) 计算机科学 人工智能 计算机视觉 数学 物理 热力学 几何学 电信
作者
Mengting Luo,Nan Zhou,Tao Wang,Linchao He,Wang Wang,Hu Chen,Peixi Liao,Yi Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:44 (9): 3552-3562 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tmi.2024.3442950
摘要

In recent years, score-based diffusion models have emerged as effective tools for estimating score functions from empirical data distributions, particularly in integrating implicit priors with inverse problems like CT reconstruction. However, score-based diffusion models are rarely explored in challenging tasks such as metal artifact reduction (MAR). In this paper, we introduce a Bi-Constraints Diffusion Model for Metal Artifact Reduction (BCDMAR), an innovative approach that enhances iterative reconstruction with a conditional diffusion model for MAR. This method employs a metal artifact degradation operator in place of the traditional metal-excluded projection operator in the data-fidelity term, thereby preserving structure details around metal regions. However, score-based diffusion models tend to be susceptible to grayscale shifts and unreliable structures, making it challenging to reach an optimal solution. To address this, we utilize a pre-corrected image as a prior constraint, guiding the generation of the score-based diffusion model. By iteratively applying the score-based diffusion model and the data-fidelity step in each sampling iteration, BCDMAR effectively maintains reliable tissue representation around metal regions and produces highly consistent structures in non-metal regions. Through extensive experiments focused on metal artifact reduction tasks, BCDMAR demonstrates superior performance over other state-of-the-art unsupervised and supervised methods, both quantitatively and qualitatively.
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