读论文“MARformer”——牙齿CBCT金属伪影去除

题目:MARformer: An Efficient Metal Artifact Reduction Transformer for Dental CBCT Images

一种有效的牙科CBCT图像金属伪影还原变压器

论文地址:arxiv

不重要的地方尽量一句话一段,减轻大家阅读压力

摘要

锥形束计算机断层扫描(CBCT)在牙科诊断和外科手术中发挥着关键作用。然而,金属牙种植体在CBCT成像过程中会带来烦人的金属伪影,干扰诊断和牙齿分割等下游处理。在本文中,我们开发了一种有效的变压器,用于从牙科CBCT图像中执行金属伪影还原(MAR)。

基于CBCT图像具有全局相似性的特点,提出了一种新的降维自注意(DRSA)模块,降低了多头自注意的计算复杂度。提出了一种基于斑块感知前馈网络(P2FFN)的局部图像信息感知方法。实验结果表明,该方法具有较好的有效性,优于现有的修复方法和两种修复变压器。

介绍

展示了两张CBCT图像,其中有或没有被牙齿中的金属污染的耀斑伪影,点出了金属伪影影响分割

现有方法有基于正弦图、优化、数据驱动的方法,这些基于CNN的缺少全局相关性,因此使用Transformer,但是Transformer计算成本高

因此提出了降维自注意(DRSA)模块,和具有大卷积核的斑块感知前馈网络(P2FFN)模块

由于牙科CBCT图像在局部区域具有空间相似性,因此可以通过在降维特征张量上执行多头自关注(MH

### 锥束CT金属去除编程解决方案 在处理锥束CT (Cone Beam Computed Tomography, CBCT) 图像时,金属物体可能会引入显著的响诊断质量。为了有效减少这些,可以采用多种算法和技术。 #### 基于迭代重建方法 一种常用的技术是基于迭代重建的方法。这类技术通过反复优化图像模型来逐步减小误差并改善成像效果。具体实现上,通常会结合正则化项以增强稳定性: ```python import numpy as np from scipy.optimize import minimize def objective_function(x, data, forward_model): """定义目标函数""" residual = forward_model(x) - data return 0.5 * np.sum(residual ** 2) def iterative_reconstruction(data, initial_guess, forward_model): result = minimize(objective_function, initial_guess, args=(data, forward_model)) return result.x ``` 这种方法能够更好地适应复杂的物理现象,并且对于含有高密度材料(如金属)的情况特别有用[^1]。 #### 数据预处理策略 另一种有效的手段是对原始投数据实施预处理操作。例如,在扫描前移除或标记可能引起干扰的小型金属部件;或者利用双能量采集模式获取额外的信息用于后续校正: ```matlab % MATLAB代码片段展示如何过滤特定范围内的像素值 function filteredData = filterMetalArtifacts(inputData, thresholdLow, thresholdHigh) % 将超出阈值区间的灰度值设为零 filteredData = inputData .* double((inputData >= thresholdLow & inputData <= thresholdHigh)); end ``` 此过程有助于减轻由金属引起的条状或其他类型的效应[^2]。 #### 结合机器学习模型 近年来,随着深度学习的发展,也有研究者尝试训练神经网络自动识别和修正CBCT中的异常区域。这不仅提高了效率还增强了泛化能力: ```python import torch import torchvision.models as models class MetalArtifactRemovalNet(torch.nn.Module): def __init__(self): super(MetalArtifactRemovalNet, self).__init__() resnet = models.resnet50(pretrained=True) # 自定义修改后的ResNet架构... def forward(self, x): output = ... return output model = MetalArtifactRemovalNet() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) criterion = torch.nn.MSELoss() for epoch in range(num_epochs): for batch_idx, (inputs, targets) in enumerate(train_loader): optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() ``` 这种方案依赖大量标注良好的样本集来进行监督式学习,从而获得更好的预测性能。
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