DICDNet: Deep Interpretable Convolutional Dictionary Network for Metal Artifact Reduction in CT Images

可解释性 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 模式识别(心理学) 还原(数学) 编码(集合论) 图像质量 工件(错误) 图像(数学) 深度学习 编码 编码(内存) 迭代重建 增采样 计算机视觉 卷积码 源代码 任务(项目管理) 计算机断层摄影术 卷积(计算机科学) 钥匙(锁) 抽取 特征提取 特征(语言学) 上下文图像分类 医学影像学 计算 简单(哲学) 质量(理念)
作者
Hong Wang,Yuexiang Li,Nanjun He,Kai Ma,Deyu Meng,Yefeng Zheng
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (4): 869-880 被引量:82
标识
DOI:10.1109/tmi.2021.3127074
摘要

Computed tomography (CT) images are often impaired by unfavorable artifacts caused by metallic implants within patients, which would adversely affect the subsequent clinical diagnosis and treatment. Although the existing deep-learning-based approaches have achieved promising success on metal artifact reduction (MAR) for CT images, most of them treated the task as a general image restoration problem and utilized off-the-shelf network modules for image quality enhancement. Hence, such frameworks always suffer from lack of sufficient model interpretability for the specific task. Besides, the existing MAR techniques largely neglect the intrinsic prior knowledge underlying metal-corrupted CT images which is beneficial for the MAR performance improvement. In this paper, we specifically propose a deep interpretable convolutional dictionary network (DICDNet) for the MAR task. Particularly, we first explore that the metal artifacts always present non-local streaking and star-shape patterns in CT images. Based on such observations, a convolutional dictionary model is deployed to encode the metal artifacts. To solve the model, we propose a novel optimization algorithm based on the proximal gradient technique. With only simple operators, the iterative steps of the proposed algorithm can be easily unfolded into corresponding network modules with specific physical meanings. Comprehensive experiments on synthesized and clinical datasets substantiate the effectiveness of the proposed DICDNet as well as its superior interpretability, compared to current state-of-the-art MAR methods. Code is available at https://github.com/hongwang01/DICDNet.
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