Despite its tremendous value for the diagnosis, treatment monitoring and surveillance of children with cancer, whole body staging with positron emission tomography (PET) is time consuming and associated with considerable radiation exposure. 100x (1% of the standard clinical dosage) ultra-low-dose/ultra-fast whole-body PET reconstruction has the potential for cancer imaging with unprecedented speed and improved safety, but it cannot be achieved by the naive use of machine learning techniques. In this study, we utilize the global similarity between baseline and follow-up PET and magnetic resonance (MR) images to develop Masked-LMCTrans, a longitudinal multi-modality co-attentional CNN-Transformer that provides interaction and joint reasoning between serial PET/MRs of the same patient. We mask the tumor area in the referenced baseline PET and reconstruct the follow-up PET scans. In this manner, Masked-LMCTrans reconstructs 100x almost-zero radio-exposure whole-body PET that was not possible before. The technique also opens a new pathway for longitudinal radiology imaging reconstruction, a significantly under-explored area to date. Our model was trained and tested with Stanford PET/MRI scans of pediatric lymphoma patients and evaluated externally on PET/MRI images from T\"ubingen University. The high image quality of the reconstructed 100x whole-body PET images resulting from the application of Masked-LMCTrans will substantially advance the development of safer imaging approaches and shorter exam-durations for pediatric patients, as well as expand the possibilities for frequent longitudinal monitoring of these patients by PET.


翻译:尽管对癌症儿童的诊断、治疗、监测和监视具有巨大的价值,但整个身体与正电子排放断层成像(PET)的集成是耗时且与大量辐照相关。 100x(标准临床剂量的1%)超低剂量/超快全体PET重建具有以前所未有的速度和安全性提高的癌症成像潜力,但无法通过天真地使用机器学习技术来实现。在这项研究中,我们利用基准与后续PET和磁共振成像(MR)图像之间的全球相似性来开发Mazed-LMCTrans,这是一种纵向多式的多式共鸣式CNN-Transer,为同一病人的系列PET/MRM之间提供互动和联合推理。我们在参考基线PET中掩盖肿瘤区域,并重建后续PET扫描。以这种方式,MARTARMSAR重建了100x全程的成像值图像,通过对SDARIMA/RIS的高级图像进行长期测试和升级的SDARMRMRMR 。

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