Introduction: We describe the foundation of PETRIC, an image reconstruction challenge to minimise the computational runtime of related algorithms for Positron Emission Tomography (PET). Purpose: Although several similar challenges are well-established in the field of medical imaging, there have been no prior challenges for PET image reconstruction. Methods: Participants are provided with open-source software for implementation of their reconstruction algorithm(s). We define the objective function and reconstruct "gold standard" reference images, and provide metrics for quantifying algorithmic performance. We also received and curated phantom datasets (acquired with different scanners, radionuclides, and phantom types), which we further split into training and evaluation datasets. The automated computational framework of the challenge is released as open-source software. Results: Four teams with nine algorithms in total participated in the challenge. Their contributions made use of various tools from optimisation theory including preconditioning, stochastic gradients, and artificial intelligence. While most of the submitted approaches appear very similar in nature, their specific implementation lead to a range of algorithmic performance. Conclusion: As the first challenge for PET image reconstruction, PETRIC's solid foundations allow researchers to reuse its framework for evaluating new and existing image reconstruction methods on new or existing datasets. Variant versions of the challenge have and will continue to be launched in the future.


翻译:引言:本文介绍了PETRIC(PET快速图像重建挑战赛)的创立背景,该挑战赛旨在最小化正电子发射断层扫描(PET)相关算法的计算运行时间。目的:尽管医学影像领域已有多个类似的成熟挑战赛,但此前尚未有针对PET图像重建的挑战赛。方法:参赛者将获得开源软件以实施其重建算法。我们定义了目标函数并重建了“金标准”参考图像,同时提供了量化算法性能的指标。我们还收集并整理了体模数据集(使用不同扫描仪、放射性核素及体模类型采集),并将其进一步划分为训练集和评估集。挑战赛的自动化计算框架已作为开源软件发布。结果:共有四个团队提交了九种算法参与挑战。这些方案综合运用了优化理论中的多种工具,包括预处理、随机梯度及人工智能技术。尽管大多数提交的方法在本质上高度相似,但其具体实现导致了算法性能的显著差异。结论:作为首个PET图像重建挑战赛,PETRIC建立了坚实的基础框架,使研究人员能够复用该框架,在新数据集或现有数据集上评估新型及现有的图像重建方法。未来已推出并将持续发布该挑战赛的多个变体版本。

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