DL-based CT image formation with characterization and control of resolution and noise
基于深度学习的 CT 图像形成,具有分辨率和噪声的表征和控制
基本信息
- 批准号:10666105
- 负责人:
- 金额:$ 25.66万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2026-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AffectCalciumCardiacCardiac Catheterization ProceduresClinicClinicalComputer Vision SystemsDataData CollectionDaughterDetectionDevelopmentDiagnosisEnsureEvaluationExcisionFutureImageImage AnalysisJointsKidneyLabelLearningLesionLibrariesLiverMethodsModelingModernizationMothersNamesNoiseOutputPatientsPerformancePhotonsPhysicsProcessProliferatingPropertyResearchResearch PersonnelResolutionRunningSamplingSignal TransductionSiteSpecific qualifier valueSystemSystems AnalysisTask PerformancesTechnologyTestingTimeTrainingValidationWorkX-Ray Computed TomographyX-Ray Medical Imagingabdominal CTaccurate diagnosiscalcificationclinical applicationclinical efficacyclinical translationcoronary computed tomography angiographydeep learningdeep neural networkdesigndigitalexperienceflexibilityfollow-upimage guidedimage reconstructionimaging modalityimaging propertiesimprovedinnovationinterestlearning networkloss of functionneural network architectureprospectiveradiologistresponsestatistics
项目摘要
Deep learning (DL) based CT image formation methods have proliferated over the past few years. The
existing approaches mostly follow the paradigm established in computer vision, and build a deep neural
network (DNN) with standard modules that capture salient image features useful for computer vision tasks.
These standard modules also work very well for CT images, placing DL-based CT image formation methods at
the forefront of research and innovation. However, current DNNs are oblivious to the fact that CT images,
unlike natural images, must be interpretable by a radiologist to make a diagnosis. CT image interpretation is
affected by image features such as image resolution and noise variance-covariance, which are under exploited
by the standard modules from computer vision. Consequently, current DL-based CT image formation has no
direct characterization, let alone prospective control, of image resolution and noise variance-covariance. These
properties can only be assessed after an image is generated, but resolution/noise has no direct influence
during the image formation process. In this proposal, we challenge this established paradigm and propose an
innovative DL framework named GradDNN to (1) characterize the resolution and noise properties of a DNN’s
output during network training or parameter fine-tuning, and to (2) guide the image formation process so that
the output has the desired resolution/noise properties. GradDNN (which stands for gradient + DNN) applies
network linearization, i.e., gradient computation, to a mother DNN to extract local resolution and noise
properties of the images generated by the mother, and make these properties available during network training
and parameter fine tuning. The linearization method for analyzing nonlinear systems such as a DNN has never
been attempted before. Conceptually, GradDNN associates a daughter module to any mother DNN for
noise/resolution characterization, thereby making the resulting network CT-specific. We will develop GradDNN
and demonstrate its capability in the context of two important clinical tasks: (1) mitigation of calcium blooming
in coronary CT angiography, and (2) low contrast lesion detection in abdominal CT, both of which have high
requirements on resolution and noise. Data for DL network training will be generated using digitally augmented
patient data prospectively collected at two sites. Image quality comparison between the mother DNN alone and
the mother+daughter duo, using a number of effective mother DNN architectures, will be carried out to
demonstrate the additional gain of DL with joint resolution/noise learning. The comparison will use both digitally
augmented patient data and real patient data to further establish robustness and generalizability. In this
exploratory proposal, we focus on DL networks that perform image-to-image transformation. However, the
learning framework using GradDNN is general and can be applied to DL networks that perform direct
projection-to-image transformation. Successful completion of this proposal will generate strong preliminary
data for a follow-up R01 that extends our results to such DL networks.
基于深度学习 (DL) 的 CT 图像形成方法在过去几年中激增。
现有的方法大多遵循计算机视觉中建立的范式,并构建深度神经网络
网络(DNN),具有标准模块,可捕获对计算机视觉任务有用的显着图像特征。
这些标准模块也非常适合 CT 图像,将基于 DL 的 CT 图像形成方法置于
然而,当前的 DNN 忽视了 CT 图像、
CT 图像解读与自然图像不同,必须由放射科医生解读才能做出诊断。
受图像分辨率和噪声方差-协方差等图像特征的影响,这些特征尚未得到充分利用
通过计算机视觉的标准模块检查,当前基于深度学习的 CT 图像形成没有。
图像分辨率和噪声方差-协方差的直接表征,更不用说前瞻性控制。
属性只能在生成图像后评估,但分辨率/噪声没有直接影响
在这个提案中,我们挑战了这个既定的范式并提出了一个。
名为 GradDNN 的创新深度学习框架 (1) 表征 DNN 的分辨率和噪声属性
网络训练或参数微调期间的输出,并(2)指导图像形成过程,以便
输出具有所需的分辨率/噪声属性。GradDNN(代表梯度 + DNN)适用。
对母 DNN 进行网络线性化(即梯度计算)以提取局部分辨率和噪声
母亲生成的图像的属性,并在网络训练期间使这些属性可用
用于分析 DNN 等非线性系统的线性化方法从未出现过。
从概念上讲,GradDNN 将子模块与任何母 DNN 相关联。
噪声/分辨率表征,使生成的网络具有 CT 特定性,我们将由此开发 GradDNN。
并在两个重要的临床任务中展示其能力:(1)减轻钙华
冠状动脉 CT 血管造影中的低对比度病变检测,以及(2)腹部 CT 中的低对比度病变检测,两者都具有高
深度学习网络训练的数据将使用数字增强技术生成。
在两个地点前瞻性收集的患者数据与单独的母亲 DNN 之间的图像质量比较。
母女二人组将使用许多有效的母 DNN 架构
展示 DL 与联合分辨率/噪声学习的额外增益 该比较将使用两者的数字方式。
增强了患者数据和真实患者数据,以进一步建立稳健性和普遍性。
在探索性提案中,我们专注于执行图像到图像转换的深度学习网络。
使用 GradDNN 的学习框架是通用的,可以应用于执行直接操作的 DL 网络
投影到图像的转换的成功完成将产生强有力的初步结果。
后续 R01 的数据将我们的结果扩展到此类 DL 网络。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
On the bias in the AUC variance estimate.
关于 AUC 方差估计的偏差。
- DOI:
- 发表时间:2024-02
- 期刊:
- 影响因子:5.1
- 作者:Xu; Jingyan
- 通讯作者:Jingyan
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