Deep image prior (DIP) has recently attracted attention owing to its unsupervised positron emission tomography (PET) image reconstruction, which does not require any prior training dataset. In this paper, we present the first attempt to implement an end-to-end DIP-based fully 3D PET image reconstruction method that incorporates a forward-projection model into a loss function. To implement a practical fully 3D PET image reconstruction, which could not be performed due to a graphics processing unit memory limitation, we modify the DIP optimization to block-iteration and sequentially learn an ordered sequence of block sinograms. Furthermore, the relative difference penalty (RDP) term was added to the loss function to enhance the quantitative PET image accuracy. We evaluated our proposed method using Monte Carlo simulation with [$^{18}$F]FDG PET data of a human brain and a preclinical study on monkey brain [$^{18}$F]FDG PET data. The proposed method was compared with the maximum-likelihood expectation maximization (EM), maximum-a-posterior EM with RDP, and hybrid DIP-based PET reconstruction methods. The simulation results showed that the proposed method improved the PET image quality by reducing statistical noise and preserved a contrast of brain structures and inserted tumor compared with other algorithms. In the preclinical experiment, finer structures and better contrast recovery were obtained by the proposed method. This indicated that the proposed method can produce high-quality images without a prior training dataset. Thus, the proposed method is a key enabling technology for the straightforward and practical implementation of end-to-end DIP-based fully 3D PET image reconstruction.


翻译:深层前图像( DIP) 最近因其未受监督而引起关注,因为其未受监督的正电子发射断层成像( PET) 图像重建不需要任何事先培训数据集,我们首次尝试实施基于端到端的DIP全 3D PET图像重建方法,该方法将前方预测模型纳入损失功能。要实施实际的完全3D PET图像重建,由于图形处理单位内存限制,无法进行3D PET图像重建,我们修改DIP优化,以整块直线成像仪(PET) 图像重建),并按顺序学习整组罪状成序列。此外,在损失功能中增加了相对差的罚款(RDP),以提高PET图像的定量准确性。我们用蒙特卡洛模拟模型评估了我们拟议的方法,将人类大脑前端的远端预测模型模型模型模型模型纳入损失功能功能功能。 拟议的方法与最接近的图像优化( EM)、 最近端端端图像( RDP) 和前端关键值图像( RDP) 演示前前端的模拟模型分析方法展示了改进了PIET 数据分析方法。

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