Metal artifact correction is a challenging problem in cone beam computed tomography (CBCT) scanning. Metal implants inserted into the anatomy cause severe artifacts in reconstructed images. Widely used inpainting-based metal artifact reduction (MAR) methods require segmentation of metal traces in the projections as a first step which is a challenging task. One approach is to use a deep learning method to segment metals in the projections. However, the success of deep learning methods is limited by the availability of realistic training data. It is challenging and time consuming to get reliable ground truth annotations due to unclear implant boundary and large number of projections. We propose to use X-ray simulations to generate synthetic metal segmentation training dataset from clinical CBCT scans. We compare the effect of simulations with different number of photons and also compare several training strategies to augment the available data. We compare our model's performance on real clinical scans with conventional threshold-based MAR and a recent deep learning method. We show that simulations with relatively small number of photons are suitable for the metal segmentation task and that training the deep learning model with full size and cropped projections together improves the robustness of the model. We show substantial improvement in the image quality affected by severe motion, voxel size under-sampling, and out-of-FOV metals. Our method can be easily implemented into the existing projection-based MAR pipeline to get improved image quality. This method can provide a novel paradigm to accurately segment metals in CBCT projections.


翻译:金属制品的矫正是一项具有挑战性的问题。金属植入在解剖图象中造成严重的文物。广泛使用的基于油漆的金属制品减少方法要求作为具有挑战性任务的第一步在预测中对金属痕迹进行分解。一种方法是在预测中采用深层学习方法对金属进行分解。但是,深层学习方法的成功因提供现实的培训数据而受到限制。由于植入边界不明确和预测数量众多,因此获得可靠的地面真象说明是具有挑战性和耗时性的。我们提议使用X光模拟来产生基于涂料的金属制品的合成金属分解培训数据集。我们将模拟的效果与不同数量的光学和一些培训战略相比较,以扩大现有数据。我们将模型在实际临床扫描中的性能与基于常规阈值的MAR和最近的深层学习方法进行比较。我们表明,由于植入边界的边界界限不明确和大量预测,因此很难找到可靠的地面真象说明。我们建议使用全尺寸和作物分解的模型来生成完整的金属分解。我们用高尺寸和精度预测的方法可以改进现有模型。我们用高度的方法来改进现有金属的金属的比值。我们现在的金属的精度的方法,这样可以改进了。我们用高度的金属的金属的金属的精度。

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